摩擦电材料表面电荷密度可视化与标准化量化

电荷密度可视图化

实现摩擦电材料表面电荷的可视化与标准化量化，并提供基于电晕放电的调控策略，显著提高摩擦纳米发电机的输出性能与稳定性。

李祎 · Luo, Yi · 肖淞 · 张成 · 潘成 · 曾福平 · Cui, Zhaolun · 黄邦斗 · 唐炬 · 邵涛 · 张晓星 · 熊佳庆 · 王中林

Nature Communications 2024

具体参数

输出电压

{'zh': '135.7', 'en': '135.7'} V

电压增强倍数

{'zh': '70', 'en': '70'}

电荷密度衰减率

{'zh': '5', 'en': '5'} %

技术优势

电荷直接看得见

通过开尔文探针测得表面电位，再用迭代正则化反演得到表面电荷密度分布图，无需破坏样品。

输出电压提升70倍

采用三电极电晕放电对材料表面注入电荷，相同PTFE基摩擦纳米发电机的输出电压达到约135.7 V，比未处理时提高70倍。

电荷存得住140天

注入的电荷在140天后仅衰减5%，稳定性来源于材料内的深陷阱。

非接触感知几何

带电PTFE被用作机器人电子皮肤，通过静电感应实现对物体几何形状的非接触感知。

应用场景

• 摩擦纳米发电机：用可视化定量评估电荷，直接指导器件优化提升输出。
• 电子皮肤：带电薄膜可做机器人皮肤，通过静电感应感知物体形状。
• 非接触式传感器：无需物理接触即可感知物体几何形状，用于机器人避障或抓取。
• 自供电传感器：利用摩擦起电实现自供能传感，无需外部电源。
• 表面电荷表征：提供标准化电荷密度定量方法，解决电荷不可见、难定量问题。