突破：未來或許摩擦就能給手機充電

摩擦納米發電機（TENGs）具有良好的應用和商業前景。所謂的摩擦納米發電機，簡單的來講就是通過摩擦產生靜電發電。“摩擦納米發電機產出電量低”一直阻礙其進一步發展和應用。最近，韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）的研究團隊攻克了這一技術難關。他們發明了一種新型聚合物作為電介質材料，通過在PVDF上用原子轉移自由基聚合物法接枝丙烯酸叔丁酯，解決這一問題。

電介質本身是一種絕緣體，但當給它接入電場時會發生極化。存在外在電場是，電介質會發生極化和去極化，實現充/放電的功能。

▲ 圖片來源：蔚山國立科技研究所（Ulsan National Institute of Science and Technology）

TENGs設備本身是由兩種可以互相摩擦的不同材料組成，通過摩擦，像玻璃、尼龍這樣的材料可以放出電子，而像硅、特氟龍這樣的材料正好吸收電子。TENGs將摩擦產生的機械能轉化成電能，可以為小型電子設備提供電力。

TENGs雖然它的特性很有用，但是摩擦發電的方式有一些缺陷。比如摩擦中材料無法均勻接觸，摩擦導致材料磨損嚴重，靜電對潮濕環境十分敏感，電力輸出時損耗較大。所以，這個韓國研發團隊最初將研究重點放在提升電量輸出方面，但是，在研發的過程中，他們可能解決了一些與TENGs相關的環境問題。

他們在Science Advances上發表的設備與喬治亞理工的研究很相似。但是，UNIST發明的新型聚合物電介質能夠從電極中吸取更多電量，輸出電力也更多。

論文鏈接：

http://advances.sciencemag.org/content/3/5/e1602902.full

UNIST的一位研究者，也是論文的共同作者Jeong Min Baik在IEEE Spectrum的郵件采訪中說道：“為了提升輸出電量，我們嘗試發明新的聚合物作為更有效的電介質，研發出了新的設備結構來減少內部電量損耗。作為一個材料科學家，我認為合成最佳的聚合物作為有效的電介質是非常重要的。”

這種新型聚合物的電容率（用來測量材料在電場中存儲電量能力）幾乎是原有材料的兩倍。在電容率上面的增長也使得其電荷密度比其他納米發電機多出一倍。另外，當研究者將偶極方向對準薄膜時，材料的電荷接受特性大幅提高，電量輸出提升了20倍。Baik和他的同事相信，輸出電電力的大幅提升可以使TENGs技術更好的適用于充電設備中。

Baik說：“這項工作的最終目標是為智能手表和手機電池充電。我認為這是可以實現的，但是還需要一段時間。目前最接近的目標是應用于基于摩擦靜電的自發電物理傳感器。在解決了一些例如穩定（已解決）的問題后，最終產品將投入使用。”

Baik的下一步工作是利用升級的聚合物TENGs為智能手表充電1%。他說到：“為了實現這個步驟，我將會設計一種新的電介質層，并對聚合材料再次進行整合。”

參考文獻：

Lee J W, Cho H J, Chun J, et al. Robust nanogenerators based on graft copolymers via control of dielectrics for remarkable output power enhancement[J]. Science Advances, 2017, 3(5): e1602902.

來源：高分子科學前沿 雷鋒網。編輯：明軒

文章轉載自微信公眾號：材料科學與工程