Nye højtydende triboelektriske materialer fremstillet af biprodukter fra petroleumsraffineringsprocessen

Triboelektrisk produktion er en energihøstningsteknik, der genererer elektricitet gennem induktion af triboelektriske effekter ved hjælp af kasseret fysisk energi. Materialer, der anvendes til triboelektriske generatorer (TEG) klassificeres som positive eller negative i henhold til deres værdi af elektronaffinitet; negative materialer anvender generelt fluorerede carbon-baserede polymerer. Endnu, det meste af forskningen til forbedring af TEG-ydeevne fokuserer hovedsageligt på strukturelle forbedringer af enheder, såsom flerlags enhedsstrukturer, test af triboelektricitet i vakuumtilstand, og asymmetrisk enhedsdesign snarere end udviklingen af ​​nye polymere materialer.

Fluorerede kulstofbaserede polymerer (dvs. PTFE) anvendes som meget negative triboelektriske materialer på grund af deres halogeners høje elektronaffinitet, mens kulstofrygrad begrænser triboelektrisk ydeevne på grund af kulstoffets lav elektronaffinitet. Heri, vi introducerer, for første gang, fluoreret svovlbaseret polymer som ekstremt negativt triboelektrisk materiale til forbedring af triboelektrisk ydeevne. Svovl kan kombineres med fluor mere end kulstof, op til to mere, gennem en udvidet oktet ved hjælp af tom d orbital. Det har også den højeste elektronaffinitet undtagen halogener, guld og platin. Derfor, når svovl anvendes som grundelementet i triboelektriske materialer, højere triboelektrisk ydeevne kan forventes end fra PTFE.

Svovlbaserede polymerer er termoplastiske forgrenede polymerer og muliggør således let termisk bearbejdelighed. Her, polymert svovl blev dannet for at filme og ekstremt negativt fluoreret polymert svovlfilm blev produceret via overfladefluorering. Disse gulkemi-baserede polymere materialer opnåede 6-fold og 3-fold stigning i triboelektrisk energiudgang i spænding og strøm sammenlignet med PTFE, det nuværende konventionelle negative materiale. Desuden, den fluorerede polymere svovlfilm blev fremstillet i stor skala (4 tommer wafer-skala) og blev behandlet med koronaudladning for yderligere at berige overfladens negative ladning. Som resultat, den fluorerede polymere svovlfilm opnåede overlegne udgangseffekter på 1366 V og 18 μA under den minimale kraft på ~ 30N.

De ekstremt negative triboelektriske materialer brugte svovl, som er et biprodukt af olieraffinering, der genereres i overskuddet på 7 millioner tons årligt. Forskningen præsenterer således ikke kun en ny mulighed for triboelektriske materialer, men også en opdagelse af billige og miljøvenlige kilder til kommercialisering.