基于金属玻璃的摩擦纳米发电机

以下文章来源于Zi Lab ，作者夏欣、訾云龙

表面磨损是摩擦电纳米发电机（TENG）固/固界面的主要障碍，严重影响其输出性能和稳定性。为了减少机械输入和表面磨损，学者们提出了固体/液体界面替代固/固界面的TENG；然而，固体/液体界面电荷产生能力仍低于先前报道的固体/固体界面TENG。因此，实现具有高表面电荷产生能力和低表面磨损的摩擦-电界面仍然是一个技术挑战。以往的研究表明，金属玻璃（MG）类似于液体，在原子层面上具有一种无晶界的无定形结构，完全不同于具有有序晶体结构的普通金属，因此具有接触面积大、离子转移速度快、稳定性高等特点，展现了优异的催化性能，但MG在能量收集方面的性能尚不明确，仍需要系统的研究。

因此，香港科技大学（广州）訾云龙教授团队联合香港城市大学杨勇教授团队，采用金属玻璃，包括Zr45Cu40Al15, Zr45Cu35Al20和Zr50Cu40Al10三种成分，作为摩擦起电界面，使TENG的摩擦起电效率（定义为单位输入力所产生的电荷密度）提高339.2%，并改善了输出性能。通过力学和电学表征表明，与铜相比，金属玻璃具有更低的摩擦系数和更好的耐磨性。由于其原子密度低且无晶界，所有样品的摩擦起电效率均高于铜。此外，该器件具有良好的抗湿性。在不同气体压力下，基于金属玻璃的TENG的电荷产生能力接近理论极限，比铜基TENG高出35.2%。此外，文中设计了一个电极尺寸仅为15mm*25mm的类晶体管结构TENG（T-TENG），其峰值功率密度为15 MW·m-2，在较低输入力下，该器件成功驱动了200个串联的LED和9W的商用LED。该项工作证明了基于金属玻璃的TENG的耐湿和耐磨性能，对提高TENG的输出极限具有重要意义。

相关成果以题为“Metallic glass-based Triboelectric Nanogenerators”发表在国际期刊《Nature Communications》上。香港科技大学（广州）研究助理教授夏欣博士与香港城市大学周子清博士为本文的共同第一作者，香港科技大学（广州）訾云龙教授与香港城市大学杨勇教授为共同通讯作者。

图：基于金属玻璃的摩擦纳米发电机。(a) 铜(i) 和金属玻璃 (ii) 的原子结构示意图。(b) 金属玻璃Zr45Cu40Al15的XRD结果与其对应的TEM衍射图。(c) 不同样品的VOC与超额位移de的关系。(d) 软基底和 (e) 硬基底下基于不同金属材料的CS模TENG表面电荷密度与de的关系。(f) 基于金属玻璃的T-TENG的实验设计照片。(g) T-TENG驱动200个串联LED和9W与3W商用LED照片。(h) 不同负载下T-TENG的峰值电流密度和峰值功率密度。

转自：“i学术i科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！