能源、材料与物理学部许程老师在AM上发表论文

发布者:刘勇发布时间:2018-08-22浏览次数:1615

近日,中国矿业大学能源、材料与物理学部许程老师在Adv.Mater.上发表了论文(影响因子21.95),题目为Raising the Working Temperature of a Triboelectric Nanogenerator by Quenching down Electron Thermionic Emission in Contact-Electrification(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201803968)。

许程老师目前的研究方向是摩擦起电和纳米发电机,其中纳米发电机能把环境中微弱的动能转变为电能,这是一个极具发展潜力的科学领域。摩擦起电的原理是电子转移,由于接触起电(摩擦起电)常常会导致放电,曾被认为是一种负面效应。但是,基于接触起电和静电感应,利用麦克斯韦位移电流原理发明的摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG),却可以收集环境中多种形式的动能并转化为电能,展现出了良好的应用前景。一般认为摩擦起电只在常温下发生,目前几乎所有的TENG也都仅在该温度范围内适用。这就提出了一个有趣的问题,高温下可以产生摩擦起电吗?实验表明在500K的温度下TENG的电压就会迅速下降,这种下降可能源于高温使得其中的聚合物摩擦电材料表面受到了损伤。研究者在前期研究(Adv. Mater. 2018, 30, 1706790)中制备出了一种不含聚合物的TENG,尽管由于发电量低无法实现真正应用,但是由于其可以承受最高673K的温度,因此就为揭示高温条件下摩擦起电的机理以及发明具有实用价值的耐高温TENG提供了可能性。如果能够制备出耐高温TENG,将有利于进一步拓展其应用领域,例如可用于地球上的极端高温环境,及太空及外星探索,有着非常光明的前景。之所以能够起电是因为物质的表面存在某种特殊的物质能够让电子稳定的存在与物质的表面。

经过不懈的努力之后,许程老师在摩擦起电领域取得了突破,分别提出了高温下接触起电机理的表面态模型(图1)和电子云-势阱模型(图2),其中,表面态模型可用来解释金属-电介质以及电介质-电介质间的接触起电。电子云-势阱模型则可以解释用能带结构无法描述的两种固体间的接触起电,该模型同时揭示除了热电子发射的影响外,原子热振动也会对接触起电产生影响。

             

       

 

新闻来源:能源、材料与物理学部 许程摄影:许程责任编辑:贾俊飞审核:刘海明

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