通过MXene添加剂改善PDMS摩擦层的介电性能和电荷存储能力

《Surfaces and Interfaces》：Enhancement of dielectric properties and charge storage on PDMS tribolayer via MXene additives

　　

李康彪（Kangpyo Lee）|柳正浩（Jeong Ho Ryu）|金康民（Kang Min Kim）

摘要

纯净的聚二甲基硅氧烷（PDMS）具有较低的介电响应和有限的电荷保持能力，这限制了摩擦电纳米发电机（TENGs）的性能。在本研究中，将MXene掺入PDMS中，并使用相同的器件结构与纯净PDMS和填充有碳纳米管（CNT）的PDMS进行了比较。MXene-PDMS薄膜表现出均匀的分布和良好的表面化学性质，其含有的氧和氟官能团能够高效储存电荷，同时抑制了过早的导电现象。因此，当MXene含量为3 wt%时，该器件的性能达到最佳，输出电压约为401.9 V，输出电流约为34.1 μA，优于MXene含量为0.03 wt%的MWCNT-PDMS（输出电压约为329 V，输出电流约为16.6 μA）。相对介电常数从纯净PDMS的约2增加到MXene-PDMS的约18，表面电荷密度从MWCNT-PDMS的最佳值12.7 nC cm?2上升至21 nC cm?2。外部负载依赖性测量结果显示，在约10 MΩ的负载下，功率最大值为7.65 W cm?2。这些结果验证了基于MXene分散性和表面化学性质的PDMS策略，可用于制备可扩展、高输出功率的摩擦电纳米发电机。