전기방사 P3HT/PVDF

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14842(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 논문에서는 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT)/폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)(PVDF-HFP) 반도체 나노섬유 매트 마찰전기 나노발전기(TENG)를 제조하기 위한 간단한 전기방사 접근법을 설명합니다. P3HT/PVDF-HFP 반도체 나노섬유 TENG의 전기적 특성을 측정한 결과 출력 전압은 7μA의 출력 전류로 최대 78V까지 향상될 수 있는 것으로 나타났습니다. 장치의 출력 전력은 0.55mW에 이르렀으며 이는 500개의 빨간색 발광 다이오드와 디지털 시계에 즉시 전력을 공급하기에 충분합니다. P3HT/PVDF-HFP 반도체 나노섬유 TENG는 자가 동력 장치뿐만 아니라 인간 행동을 모니터링하기 위한 센서로도 사용될 수 있습니다. 또한, 20,000사이클의 외력 테스트에서도 우수한 내구성을 나타냈습니다.

개인용 전자 제품, 특히 건강 및 환경 모니터링을 위한 웨어러블 전자 제품 및 장치 시장이 급속히 확대되면서 휴대용 전원에 대한 수요가 증가하고 있습니다1. 잠재적으로 발생하는 에너지 위기에 비추어 전자 폐기물, 특히 배터리 생산 및 폐기에서 발생하는 전자 폐기물을 최소화하는 방법을 모색해야 합니다. 태양전지2, 열전3,4, 나노발전기5를 포함한 대체 에너지 기술은 휴대용 개인 전자제품6에 전기를 공급하기 위해 연구되고 있습니다. Wang 그룹이 개발한 나노발전기는 휴대용 장치에 에너지를 제공하는 동시에 배터리 및 기타 외부 전원의 폐기에 대한 우려를 최소화하는 유망하고 매력적인 수단입니다. 일반적으로 마찰전기 나노발전기(TENG)는 다양한 소스의 폐기물 기계적 에너지를 전기로 변환합니다. 높은 에너지 변환 효율과 저렴한 제조로 인해 많은 주목을 받았습니다. TENG에 사용된 대부분의 재료는 유기물에서 유래하므로 장래 산업 응용을 통해 생산을 대규모로 쉽게 확장할 수 있습니다.

TENG의 작동 원리는 반대 마찰 전기 극성을 갖는 두 유전체 재료의 접촉(또는 마찰) 동안 마찰 대전과 정전기 유도의 결합 효과를 포함합니다. 마찰 대전은 표면 전하 효과이기 때문에 마찰 전기 재료 표면의 구조와 구성은 TENG의 출력에 중요한 영향을 미칩니다. 표면 변형(예: 표면 형태 제어8,9,10 또는 하전 이온 도입11,12,13)은 층의 표면적 또는 마찰 전기 극성의 차이를 확대하여 표면 전하 밀도를 증가시킬 수 있습니다. 대안적으로, 유전 상수를 증가시키는 것은 유전층의 커패시턴스를 향상시켜 표면 전하 밀도를 증가시킬 수 있다. 따라서 마찰전기 재료의 유전율은 마찰전기 성능에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다.

사실상 모든 재료가 마찰전기성을 나타내지만 특수한 마이크로 및 나노구조를 갖는 새로운 마찰전기 재료의 개발은 TENG의 출력을 향상시킬 수 있습니다. 절연 폴리머(예: 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 나일론, 폴리디메틸실록산(PDMS))17,18, 무기 반도체(예: TiO2, ZnO)19,20, 전도성 폴리머(예: 폴리피롤(PPy), 폴리아닐린(PANI)]13,21,22 및 금속(예: Au, Al)23,24은 TENG에서 마찰 전기 재료로 사용되었습니다. 화학적으로 변형된 TiO2 무기 반도체 나노물질을 사용할 때 향상된 성능을 나타내는 TENG가 얻어졌지만 TiO2 나노물질을 제조하려면 높은 온도가 필요합니다. 왕 외. 전도성 폴리머 PPy21을 포함하는 TENG를 준비했지만, 그들의 접근 방식은 양극 산화알루미늄(AAO)을 템플릿으로 사용한 전기화학적 중합이 필요했기 때문에 제조 공정에 시간과 비용이 많이 소요되었습니다. 전기방사 기술은 섬유 구조의 나노발전기를 구성하는 데 주로 활용되어 왔습니다. 유연한 마찰전기 나노발전기(25)에 대해 전기방사 이온 겔 나노섬유의 제조가 보고되었습니다. Jiang 등은 모든 전자 방사 TENG26을 제작하기 위해 MXene 나노시트를 도입했다고 보고했습니다. 보고된 두 장치의 출력 전력은 실제 적용을 위해 50개 이상의 발광 다이오드를 켜기에 충분하지 않습니다. 또한, PVDF 나노섬유 기반 TENG의 전기 방사는 착용 가능한 마찰전기 나노발전기로 제작되었습니다. 출력 전력은 250개의 LED를 켜기에 충분했습니다27. 그러나 보다 실용적인 적용이 부족합니다.