高電荷密度的摩擦電聚合物是推動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，在本研究中開發(fā)了一種基于重復(fù)流變鍛造的摩擦電聚合物的加工方法。通過重復(fù)鍛造法制備的全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且可以保持超高的摩擦電荷密度；诤穸葹30μm的FEP薄膜，接觸分離TENG的輸出電荷密度達(dá)到352μC·m-2，是之前最高記錄的1.46倍。
圖1：重復(fù)流變鍛造制備高電荷密度摩擦電材料示意圖
圖2：RRF-FEP優(yōu)異的力學(xué)和摩擦電性能。
對于極化前RRF-FEP，如圖3a傅立葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）顯示，在1647 cm-1處出現(xiàn)了-CF=CF2的伸縮振動(dòng)峰，由于-CF=CF2基團(tuán)通常作為分子鏈的端基出現(xiàn)，推斷一定數(shù)量的聚合物鏈可能在重復(fù)壓制過程中被裂解，并生成一系列短鏈，并且toff是這種形成方法的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明，在RRF加工過程中，端基的強(qiáng)度隨著toff的延長先增大后減小，當(dāng)toff為0.95秒時(shí)，端基強(qiáng)度達(dá)到峰值。此外，通過密度泛函理論計(jì)算了含或不含-CF=CF2的FEP鏈元素的分子靜電勢，發(fā)現(xiàn)-CF=CF2鍵可以在端基處形成貧電子區(qū)。該結(jié)果解釋了極化前四個(gè)不同toff下RRF-FEP的電荷密度順序。在toff為0.95秒的情況下，RRF-FEP2具有最多的端基，且其表面有較大比例的-CF3基團(tuán)，所以在四種RRF-FEP中，RRF-FEP2的摩擦電性能最優(yōu)異。
圖3：FEP薄膜的表征
圖4：提高摩擦電性能的關(guān)鍵因素
北京納米能源與系統(tǒng)研究所博士生劉兆琦和華南理工大學(xué)黃運(yùn)智為共同第一作者，瞿金平院士，陳翔宇研究員和黃照夏副教授是共同通訊作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31822-2
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