1091 / 2023-03-01 00:07:21

硅基摩擦起电器件的减摩抗磨设计

即使在低摩擦的硅基直流摩擦电纳米发电机中，也会在动态金属-半导体肖特基接触界面上观察到明显的磨损，这可能会影响其工作稳定性，限制其实际应用。为了同时获得高摩擦电输出和低磨损率的摩擦学行为可控的硅基直流摩擦电纳米发电机（TCDC-TENG），本文系统地研究了金属-半导体异质结在高接触压力下的摩擦界面处的摩擦起电和摩擦学行为之间的关系与机理。结果表明，与平面对平面结构相比，球对平面结构的直流TENG由于具有更高的接触压力和摩擦功率，可以产生更高的短路电流密度和转移电荷密度。摩擦电输出与摩擦学行为之间存在密切关系，通过改变工作参数可以增加摩擦能量进而提高摩擦电输出，但是也伴随着更多的磨损损失。使用聚α烯烃（PAO 4）来润滑金属-半导体直流TENG的界面处，摩擦系数从0.76降低到0.16，并在往复滑动20000次循环后显著降低磨损损失99.5%，而该TENG的输出电流始终保持直流。引入润滑油可以显著降低器件的磨损并产生稳定的直流输出，这表明金属-润滑剂-半导体界面也存在摩擦伏特效应。该研究为基于半导体的直流TENG在稳定直流输出和耐磨性方面提供了一种方便有效的方法。