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  制造高電荷密度的摩擦電聚合物是制造摩擦電納米發電機（TENG）的關鍵任務。本項工作開發了一種淬火極化（QP）方法，可以在具有弱偶極性的摩擦電聚合物上產生超高和長期持久的摩擦電荷。QP處理的乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）薄膜在垂直接觸—分離TENG中可以達到391μC·m^-2的電荷密度，比最廣泛使用的電暈極化方法高出200%。另外，基于產生的晶粒細化和界面電荷捕獲現象，研究了QP改善摩擦電性能的機理。QP-ECTFE在固體—固體和固體—液體TENG中都表現出的超高電荷密度，并且電荷的持久性產生了以前從未觀察到的固液TENG的可恢復放電現象。這種QP方法為制造高性能摩擦電材料提供了一種全新的方法，并加深了對摩擦電聚合物帶電機制的理解。

圖1：淬火極化展示的超高電荷密度

圖2：經處理和未經處理的ECTFE薄膜的表征

圖3：QP-ECTFE制作的固液TENG的原理和性能演示

  QP-ECTFE的優異摩擦電性能不僅體現在固固接觸起電中，在固體-液體接觸起電中也有優異的表現。值得注意的是，先前報道的電暈和熱極化方法不能有效地產生液固TENG中的持久摩擦電荷，特別是在放電模式下，表面電荷很容易被液滴中的離子中和。圖3a和圖3b展示了這種放電型固液TENG的原理，整個過程可以概括為：在水滴擴散的瞬間，正電荷從底部電極快速移動到放電電極，從而形成放電電流。放電電流在每個接觸循環中的逐漸減小，是由于水中離子對ECTFE表面的電荷中和有關。圖3c顯示了帶有外部負載的固液TENG的短路電流和峰值功率密度，以水滴的最大擴散面積（Amax）作為有效接觸面積，計算功率密度。在第一個循環中，QP-ECTFE TENG的最大峰值功率密度達到75.27 W·m^?2，負載為10 MΩ。此外，當液滴連續接觸ECTFE時，表面電荷密度將迅速降低。實驗結果如圖3d所示，第四滴的電流是第一滴的56%，是第三滴的4.4倍。與第三水滴相比，由第四水滴產生的超過電流被稱為恢復電荷。同時，部分電荷永遠無法再恢復，因為它已經被界面上水中的離子中和。圖3e和3f顯示了QP-ECTFE固液TENG的自恢復能力和高電荷密度，該發電機可以通過一滴水點亮450多個LED，然后，將薄膜放置在空氣中5分鐘，表面電荷密度的恢復率可以達到60%，并且仍然可以點亮超過450 個LED。然而，經CP處理的ECTFE在第一個循環中只能點亮40個LED，并在接下來的循環中快速衰減。總之，QP-ECTFE不僅在傳統的固體-固體TENG中表現出超高的電荷密度，而且在固液TENG應用中也表現出可恢復的放電現象。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302164