基于MoS2/Graphene复合材料的摩擦纳米发电机的研究

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在纳米发电机中,摩擦纳米发电机(TENG)因其能量转换效率高、适用范围广、结构简单、输出功率高等优点迅速成为纳米发电机领域的研究热点。研究发现,摩擦纳米发电机负极性摩擦层中的摩擦电荷密度对TENG的输出性能有很大的影响,当正、负极性摩擦层接触产生摩擦电荷以后,负极性摩擦层产生的摩擦电荷会与空气中带正电荷的离子或颗粒复合,减小了摩擦层表面的电荷密度,这极大的影响了TENG的输出性能。如何抑制摩擦电荷的衰减问题成为提高TENG输出性能的一个重要问题。为了解决上述问题,本文提出一种基于MoS2/Graphene复合纳米材料的嵌入式电子接收层的解决方法。MoS2具有类石墨烯的结构,二维结构的MoS2具有大的比表面积和优异的电荷捕获性能。基于MoS2和石墨烯(Graphene)在微观结构上的相似性和电学性能上的互补性,利用复合材料的协同效应,在TENG的负极性摩擦层引入电子接收层。本文采用超声液相剥离的方法制备MoS2/Graphene复合材料,对复合材料采用SEM、PL、Raman等手段进行表征,分析制备的MoS2/Graphene复合材料的微观结构。将制备的复合材料封装成含不同电子接收层的TENG,并研究不同电子接收层的TENG的频率响应、负载响应等。根据TENG的输出特性,可将其看成是普通电源,基于MoS2/Graphene复合材料的TENG的输出功率峰值为1.056 mW。本文对基于不同电子接收层的TENG的输出差异进行比较,通过分析其转移电荷总量Q和等效电容C的差异,探讨了不同电子接收层的TENG输出差异性背后的机制。为了进一步证明实验结果,制备了不同掺杂PI膜作栅绝缘层的金属-绝缘体-半导体(MIS)器件,通过分析其在1 kHz下的C-V特性曲线,探讨了造成TENG输出差异性的深层次原因,证明了MoS2/Graphene复合材料在TENG中的电荷捕获作用。进而探讨了MoS2/Graphene复合膜捕获电子的作用机理。
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