乔治亚理工的科学家从2012年开始，一直在探索纳米级静电发电机（TENGs）的应用和商业前景。所谓的TENGs简单来讲就是通过摩擦产生静电发电。据悉，最近，韩国蔚山国立科技研究所（UNIST）的研究团队攻克了一个阻碍TENGs技术广泛应用的技术难关——产出电量低的问题。为了解决这一问题，他们发明了一种新型聚合物作为电介质材料。
摩擦纳米发电机（TENGs）具有良好的应用和商业前景。所谓的摩擦纳米发电机，简单的来讲就是通过摩擦产生静电发电。“摩擦纳米发电机产出电量低”一直阻碍其进一步发展和应用。最近，韩国蔚山国立科技研究所（UNIST）的研究团队攻克了这一技术难关。他们发明了一种新型聚合物作为电介质材料，通过在PVDF上用原子转移自由基聚合物法接枝丙烯酸叔丁酯，解决这一问题。
电介质本身是一种绝缘体，但当给它接入电场时会发生极化。存在外在电场是，电介质会发生极化和去极化，实现充/放电的功能。
▲ 图片来源：蔚山国立科技研究所（Ulsan National Institute of Science and Technology）
TENGs设备本身是由两种可以互相摩擦的不同材料组成，通过摩擦，像玻璃、尼龙这样的材料可以放出电子，而像硅、特氟龙这样的材料正好吸收电子。TENGs将摩擦产生的机械能转化成电能，可以为小型电子设备提供电力。
TENGs虽然它的特性很有用，但是摩擦发电的方式有一些缺陷。比如摩擦中材料无法均匀接触，摩擦导致材料磨损严重，静电对潮湿环境十分敏感，电力输出时损耗较大。所以，这个韩国研发团队最初将研究重点放在提升电量输出方面，但是，在研发的过程中，他们可能解决了一些与TENGs相关的环境问题。
他们在Science Advances上发表的设备与乔治亚理工的研究很相似。但是，UNIST发明的新型聚合物电介质能够从电极中吸取更多电量，输出电力也更多。
论文链接：
http://advances.sciencemag.org/content/3/5/e1602902.full
UNIST的一位研究者，也是论文的共同作者Jeong Min Baik在IEEE Spectrum的邮件采访中说道：“为了提升输出电量，我们尝试发明新的聚合物作为更有效的电介质，研发出了新的设备结构来减少内部电量损耗。作为一个材料科学家，我认为合成最佳的聚合物作为有效的电介质是非常重要的。”
这种新型聚合物的电容率（用来测量材料在电场中存储电量能力）几乎是原有材料的两倍。在电容率上面的增长也使得其电荷密度比其他纳米发电机多出一倍。另外，当研究者将偶极方向对准薄膜时，材料的电荷接受特性大幅提高，电量输出提升了20倍。Baik和他的同事相信，输出电电力的大幅提升可以使TENGs技术更好的适用于充电设备中。
Baik说：“这项工作的最终目标是为智能手表和手机电池充电。我认为这是可以实现的，但是还需要一段时间。目前最接近的目标是应用于基于摩擦静电的自发电物理传感器。在解决了一些例如稳定（已解决）的问题后，最终产品将投入使用。”
Baik的下一步工作是利用升级的聚合物TENGs为智能手表充电1%。他说到：“为了实现这个步骤，我将会设计一种新的电介质层，并对聚合材料再次进行整合。”
参考文献：
Lee J W, Cho H J, Chun J, et al. Robust nanogenerators based on graft copolymers via control of dielectrics for remarkable output power enhancement[J]. Science Advances, 2017, 3(5): e1602902.
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