前言

柔性和可穿戴电子领域正在推动基于可溶液处理的，基于导体和半导体的低成本、轻质设备和传感器的发展。然而，为了实现柔性电子设备与可穿戴设备的完全集成，有必要开发其运行所需的便携式电源。为此，需要能够将绿色环境能源转换成易于获得的电源的自供电电子设备。最近的一个研究领域侧重于摩擦电纳米发电机（TENGs）的开发，也被定义为动能采集器，旨在将自然界中存在的或在环境中浪费的机械能转化为电能。风能已经显示出能够从绿色和可再生能源如人体运动、风和海浪转换机械能，提供从几十瓦/平方厘米到几十毫瓦/平方厘米的电能输出。TENGs功率密度的可变性是由于使用了不同的材料和器件结构，以及TENG可以获得不同的环境机械能。

研究内容

为了优化机械-电力转换效率，意大利理工学院的科学家致力于阐明在TENGs电极的适当选择应遵循的标准。比较了基于多层石墨烯（FLG）柔性电极的TENGs和在柔性聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基底上蒸镀Au电极的TENGs。当使用FLG电极时，与用金电极制造的TEG相比，功率密度增加了26倍。在这里，他们阐明了使基于FLG的柔性电极成为比蒸发金属电极更好的TENGs选择的原理。电极功函数所扮演的特殊角色是通过制造掺有金电极的TENGs来评估的，金电极是用不同的自组装单层功能化的。基于这一实验证据，论证了摩擦电材料和电极集流体之间的界面所扮演的基本角色。描述了如何调整界面参数，如电极表面形态、功函数和界面偶极子，以获得最大的机械功率转换效率。基于观察到的TENGs性能对电极选择的依赖性，提供了一个将TENGs中的电极功函数和摩擦材料相结合的基本原理。

实验方法

金电极是通过电子束沉积5纳米钛和70纳米金在聚对苯二甲酸乙二酯衬底上制备的。如前所述，通过湿法喷射研磨(WJM)生产了几层石墨烯薄片。然后将无缺陷和高质量的2D晶体分散体在真空下干燥并制成粉末。几层石墨烯为其溶液加工性增加了高电荷载流子迁移率，这使其成为制造导电电极的通用材料，可应用于从能量收集和产生到场效应晶体管和传感器的不同技术中。在这项工作中，通过湿法喷射研磨制备的几层石墨烯薄片被用作配方的起始材料。

TENG结构

金电极和FLG电极TENG合金的电学特性

不同功能化金电极的TENGs的电学特性。

结论

FLG电极是TENG里的一种高效电荷收集器，它克服了传统金属电极的性能，并具有在环境条件下通过溶液处理容易集成到柔性器件中的附加价值。设计新的TENG配置需要完全理解影响摩擦带电和感应过程的所有因素，不仅要考虑摩擦材料的电荷亲和力和摩擦电特性，还要考虑摩擦材料/电极界面发生的过程。在这里，他们证明了电极的功函数是一个基本参数，为了在TENGs里产生一个有利的内建电势，需要对其进行控制。这种内建电势通过增加电极/摩擦材料界面上积累的电荷密度有助于增强电性能。此外，还得出结论，电极的选择可以改变摩擦材料沿摩擦电系列的相对位置。因此，在设计旨在确定绝缘材料发生摩擦起电趋势的实验时，必须考虑这个参数。

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104989。