由石油精炼过程的副产品制成的新型高性能摩擦电材料

 
氟化聚合硫的摩擦电性能(a)碳基和硫基聚合物的电压-电流密度输出的相图(b)电晕放电处理后4英寸晶圆级氟化聚合硫膜的摩擦电输出(c)摩擦电电晕放电处理后4”晶圆级氟化聚合硫膜的电流输出(d)演示电晕放电处理后，通过4”晶圆级氟化聚合硫膜对630个LED的直接供电(〜40 mW / ea。)。信用：仁荷大学(Inha University)摩擦发电技术是一种能量收集技术，它通过利用废弃的物理能感应摩擦电效应来发电。用于摩擦发电机(TEG)的材料根据其电子亲和力值分为正或负。负极材料通常使用氟化碳基聚合物。然而，大多数提高TEG性能的研究主要集中在器件的结构改进上，例如多层器件结构，在真空条件下测试摩擦电和不对称器件设计，而不是开发新型聚合物材料。
氟化碳基聚合物(即PTFE)由于其卤素的高电子亲和力而被用作高负摩擦材料，而碳链由于碳的低电子亲和力而限制了摩擦电性能。在此，我们首次引入氟化硫基聚合物作为极负摩擦材料，以改善摩擦性能。通过使用空d轨道的扩展八位位组，硫可以与氟结合，比碳多于碳，最多两个。除卤素，金和铂外，它还具有最高的电子亲和力。因此，当将硫用作摩擦电材料中的主链元素时，可以期望比PTFE具有更高的摩擦电性能。
硫基聚合物是热塑性支化的聚合物，因此可以轻松进行热加工。在此，形成了聚合硫成膜，并且通过表面氟化产生了极负的氟化聚合硫膜。与目前的常规负极材料PTFE相比，这些基于黄色化学的聚合材料在电压和电流方面的摩擦电能输出实现了6倍和3倍的增加。此外，氟化聚合物硫膜被大规模地制造(4英寸晶片尺寸)，并进行了电晕放电处理以进一步富集表面负电荷。结果，氟化聚硫膜在约30N的最小作用力下实现了1366 V和18μA的出色功率输出。
极不利的摩擦电材料使用硫，硫是石油精制的副产品，每年产生700万吨的盈余。因此，该研究不仅为摩擦电材料提供了新的选择，而且为低成本和环保的商业化来源提供了发现。