ТРИБОЕЛЕКТРИЧНИЙ НАНОГЕНЕРАТОР НА ОСНОВІ ЗІМ’ЯТИХ ЗОЛОТИХ ПЛІВОК: РОЗРАХУНКИ З ПЕРШИХ ПРИНЦИПІВ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2025.4.347717Ключові слова:
трибоелектричний наногенератор, зім’ята золота плівка, функціонал електронної густини, псевдопотенціал із перших принципів, розподіл густини валентних електронів, кулонівський потенціалАнотація
У статті проведено чисельне моделювання просторових розподілів густини валентних електронів та кулонівського потенціалу у поперечному напрямку трибоелектричного контакту силікону із зім’ятими золотими плівками. Визначено локальні електричні заряди в околі атомів Au, задіяних у контакті, та проаналізовано їхню залежність від морфології поверхні й сили взаємодії. Показано, що зменшення зовнішнього стискального зусилля силікону, еквівалентне віддаленню силікону від пласкої плівки золота, призводить до вирівнювання зарядових станів контактуючих атомів і більш однорідного розподілу заряду на поверхні золотої плівки, при цьому різниця потенціалів на межі контакту зростає. Аналіз впливу ступеня зім’ятості структури свідчить, що збільшення нерівностей у золотих плівках зумовлює підвищення локальних зарядів на атомах Au та посилює різницю кулонівських потенціалів на трибоелектричному контакті.
Посилання
Shi Z., Zhang Y., Gu J., Liu B., Fu H., Liang H., Ji J. Triboelectric nanogenerators: state of the art. Sensors. 2024. Vol. 24, iss. 13. Article 4298. https://doi.org/10.3390/s24134298
Chen H., Xu Y., Bai L., Jiang Y., Zhang J., Zhao C., Li T., Yu H., Song G., Zhang N., Gan Q. Crumpled graphene triboelectric nanogenerators: smaller devices with higher output performance. Adv. Mater. Technol. 2017. Vol. 2, iss. 6. Article 1700044. https://doi.org/10.1002/admt.201700044
Kumar S., Singh A., Kumar R., Singh S. Structural and electrical characterization of gold nanoparticles-based flexible triboelectric nanogenerator. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2023. Vol. 34. Article 266. P. 1-12. https://doi.org/10.1007/s10854-022-09715-3
Choi D., Lee Y., Lin Z.-H., Cho S., Kim M., Ao C. K., Soh S., Sohn C., Jeong C. K., Lee J. et al. Recent advances in triboelectric nanogenerators: from technological progress to commercial applications. ACS Nano. 2023. Vol. 17, iss. 12. P. 11087–11219. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12458
Chen J., Wang Z. L. Reviving vibration energy harvesting and self-powered sensing by a triboelectric nanogenerator. Joule. 2017. Vol. 1, iss. 3. P. 480–521. https://doi.org/10.1016/j.joule.2017.09.004
Jin L., Zhang S. L., Xu S., Guo H., Yang W., Wang Z. L. Free-fixed rotational triboelectric nanogenerator for self-powered real-time wheel monitoring. Advanced Materials Technologies. 2021. Vol. 6, iss. 3. Article 2000918. https://doi.org/10.1002/admt.202000918
Du Y., Tang Q., He W., Liu W., Wang Z., Wu H., Li G., Guo H., Li Z., Peng Y. et al. Harvesting ambient mechanical energy by multiple mode triboelectric nanogenerator with charge excitation for self-powered freight train monitoring. Nano Energy. 2021. Vol. 90. Article 106543. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106543
Meng Y., Yang J., Liu S., Xu W., Chen G., Niu Z., Wang M., Deng T., Qin Y., Han M., Li X. Nano-fiber based self-powered flexible vibration sensor for rail fasteners tightness safety detection. Nano Energy. 2022. Vol. 102. Article 107667. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107667
Lai Y. C., Hsiao Y. C., Wu H. M., Wang Z. L. Waterproof fabric-based multifunctional triboelectric nanogenerator for universally harvesting energy from raindrops, wind, and human motions and as self-powered sensors. Advanced Science. 2019. Vol. 6, iss. 5. Article 1801883. https://doi.org/10.1002/advs.201801883
Wang L., Liu W., Yan Z., Wang F., Wang X. Stretchable and shape-adaptable triboelectric nanogenerator based on biocompatible liquid electrolyte for biomechanical energy harvesting and wearable human-machine interaction. Advanced Functional Materials. 2021. Vol. 31, iss. 7. Article 2007221. https://doi.org/10.1002/adfm.202007221
Wang H., Han M., Song Y., Zhang H. Design, manufacturing and applications of wearable triboelectric nanogenerators. Nano Energy. 2021. Vol. 81. Article 105627. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105627
Chen H., Bai L., Li T., Zhao C., Zhang J., Zhang N., Song G., Gan Q., Xu Y. Wearable and robust triboelectric nanogenerator based on crumpled gold films. Nano Energy. 2018. Vol. 46. P. 73–80. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.01.032
Press V. M., Balabai R. M. Tribovoltaic effect at the water-silicon interface. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2025. Vol. 769, iss. 7–8. P. 738–745. https://doi.org/10.1080/15421406.2025.2504038
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право на публікації переходить Видавцю.
