引言

摩擦納米發(fā)電機(jī)（Triboelectric Nanogenerator, TENG）在低頻機(jī)械能采集領(lǐng)域表現(xiàn)除了巨大的應(yīng)用前景。電介質(zhì)因具有長(zhǎng)期維持電荷的能力，常被應(yīng)用于TENG的摩擦電材料。同時(shí)，材料的介電性質(zhì)在很大程度上影響著TENG的輸出性能，提高介電性可以有效提高表面摩擦電荷密度。常用的電介質(zhì)多為絕緣體聚合物，其巨大的內(nèi)部阻抗是造成TENG輸出電流和功率密度較低的原因之一。與兩種絕緣體組成的TENG相比，使用電荷遷移率更高的半導(dǎo)體作為摩擦電材料可以顯著降低內(nèi)阻并且增大輸出電流密度。近年來(lái)，作為最有潛力的半導(dǎo)體材料之一，金屬鹵化物鈣鈦礦材料的光電特性以及電荷傳輸性能被廣泛研究，并應(yīng)用于光伏、發(fā)光等光電子、電子器件中。然而，鈣鈦礦獨(dú)特的介電特性卻鮮有研究和應(yīng)用。理論上，由于中心不對(duì)稱以及較低的價(jià)電子結(jié)合能，金屬鹵化物鈣鈦礦在靜電場(chǎng)中易發(fā)生極化，存在電子、離子、偶極子和空間電荷四種極化方式，具有很好的介電特性，同時(shí)，可以通過(guò)組分和形貌調(diào)控調(diào)節(jié)其介電性質(zhì)，這為實(shí)現(xiàn)TENG高性能的摩擦電輸出提供了有利條件。

成果簡(jiǎn)介

近日，暨南大學(xué)唐群委教授研究團(tuán)隊(duì)首次基于全無(wú)機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦的獨(dú)特介電特性和電學(xué)性質(zhì)，制備了無(wú)機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦摩擦納米發(fā)電機(jī)，通過(guò)Ba2+離子摻雜調(diào)控鈣鈦礦晶格的微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜能帶結(jié)構(gòu)、表面電勢(shì)、電子親和力、介電性等電學(xué)性質(zhì)的調(diào)節(jié)，制備了高性能無(wú)機(jī)CsPbBr3鈣鈦礦摩擦納米發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高輸出電壓（220V）、短路電流（18.5μA）和最大功率密度（3.07W m-2）。同時(shí)，該無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的具有很好的穩(wěn)定性能，連續(xù)工作1000余次循環(huán)無(wú)性能衰減，在空氣環(huán)境中經(jīng)過(guò)90天仍可以保持其原有的摩擦電輸出性能。相關(guān)成果以題為“The Unique Dielectricity of Inorganic Perovskites toward High-Performance Triboelectric Nanogenerators”發(fā)表在最新一期的Nano Energy雜志上，第一作者為王宇迪博士后，通訊作者為楊希婭副教授和唐群委教授。

圖文簡(jiǎn)介

圖一 無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理。

(a) 基于接觸-分離式鈣鈦礦TENG的結(jié)構(gòu)示意圖；

(b) FTO/CsPbBr3薄膜的XRD圖譜；

(c) CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的SEM圖及晶體結(jié)構(gòu)；

(d-g) 鈣鈦礦TENG在不同位移階段時(shí)的電荷分布；

(h-j) 一個(gè)“接觸-分離”循環(huán)內(nèi)開(kāi)路電壓（Voc）、短路電流（Isc）和摩擦電荷輸出。

圖二 Ba2+離子摻雜CsPb1-xBaxBr3鈣鈦礦薄膜的形貌表征

(a-g) 無(wú)機(jī)CsPb1-xBaxBr3鈣鈦礦薄膜的表面SEM圖；

(h) 鈣鈦礦晶粒尺寸分布圖；

(i-p) 無(wú)機(jī)FTO/CsPb1-xBaxBr3電極的截面SEM圖。

圖三 Ba2+離子摻雜對(duì)鈣鈦礦薄膜結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響

(a-c) 無(wú)機(jī)CsPb1-xBaxBr3鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜、XPS圖譜及介電常數(shù)；

(d-f) CsPbBr3、CsPb0.99Ba0.01Br3和CsPb0.91Ba0.09Br3薄膜的AFM圖；

(g-n) 無(wú)機(jī)CsPb1-xBaxBr3鈣鈦礦薄膜的KPFM圖。

圖四 鈣鈦礦TENG的摩擦電輸出性能

(a, b) 不同Ba2+含量條件下，無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的Voc輸出性能；

(c, d) 不同Ba2+含量條件下，無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的Isc輸出性能；

(e, f) 不同Ba2+含量條件下，無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的摩擦電荷輸出性能。

圖五 鈣鈦礦TENG的穩(wěn)定性、輸出功率以及充電性能

(a) 無(wú)機(jī)CsPb0.91Ba0.09Br3鈣鈦礦TENG在周圍空氣氛圍的穩(wěn)定性測(cè)試；

(b, c) 無(wú)機(jī)CsPb0.91Ba0.09Br3鈣鈦礦TENG在20~80oC及30~80%的相對(duì)濕度范圍內(nèi)的Voc輸出；

(d) 無(wú)機(jī)CsPb0.91Ba0.09Br3鈣鈦礦TENG在不同負(fù)載條件下的電壓、電流和功率密度輸出；

(e, f) 無(wú)機(jī)鈣鈦礦TENG的電源電路管理系統(tǒng)及點(diǎn)亮80個(gè)LED燈；

(g) 無(wú)機(jī)CsPb0.91Ba0.09Br3鈣鈦礦TENG的充電特性。

本文由暨南大學(xué)唐群委團(tuán)隊(duì)供稿。