基于MOF修饰直流摩擦伏效应纳米发电机与自充电超级电容器的智能屏幕时间管理系统

来自前沿材料科学领域的研究团队开发了一种新型直流摩擦伏效应纳米发电机（DC-TVNG），通过金属-半导体异质结结构直接产生直流输出，无需整流电路等辅助装置。该器件采用ZIF-67/PEDOT:PSS半导体复合材料，将功率密度提升至9.2 mW·m?2，并成功集成自充电超级电容器（110 μF·cm?2），5.5秒即可充电至1V。这项技术为智能电子设备能源管理提供了创新解决方案，首次实现摩擦伏效应机制直接充电超级电容器，具有重要应用前景。

　　

传统摩擦电纳米发电机（TENG）需要通过整流电路、机械开关或空气击穿原理等辅助方法产生直流电，这增加了设备复杂性并存在诸多限制。本研究提出了一种简易的直流摩擦伏效应纳米发电机（DC-TVNG），利用金属-半导体异质结产生载流子，沿电场方向直接产生直流信号。该异质结采用铝金属与ZIF-67/PEDOT:PSS聚合物半导体构建，其中ZIF-67的引入降低了PEDOT:PSS的功函数并增强电场，使输出性能较原始PEDOT:PSS提升两倍。

研究还成功将超级电容器与DC-TVNG集成，通过轻滑半导体表面即可借助摩擦电机制自主充电，形成自充电超级电容器系统。该DC-TVNG在10 kΩ负载下实现9.2 mW·m^?2的功率密度，无需任何整流方法即可在5.5秒内将超级电容器（面电容110 μF·cm^?2）充电至1 V。

作为概念验证，该集成装置被用于开发推荐系统，旨在降低长时间屏幕使用带来的健康风险。本研究首次展示了通过摩擦伏效应机制直接为超级电容器充电的技术，为集成系统和智能电子产品的发展开辟了新途径。