制造高电荷密度的摩擦电聚合物是制造摩擦电纳米发电机（TENG）的关键任务。本项工作开发了一种淬火极化（QP）方法，可以在具有弱偶极性的摩擦电聚合物上产生超高和长期持久的摩擦电荷。QP处理的乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）薄膜在垂直接触—分离TENG中可以达到391μC·m^-2的电荷密度，比最广泛使用的电晕极化方法高出200%。另外，基于产生的晶粒细化和界面电荷捕获现象，研究了QP改善摩擦电性能的机理。QP-ECTFE在固体—固体和固体—液体TENG中都表现出的超高电荷密度，并且电荷的持久性产生了以前从未观察到的固液TENG的可恢复放电现象。这种QP方法为制造高性能摩擦电材料提供了一种全新的方法，并加深了对摩擦电聚合物带电机制的理解。

图1：淬火极化展示的超高电荷密度

图2：经处理和未经处理的ECTFE薄膜的表征

图3：QP-ECTFE制作的固液TENG的原理和性能演示

  QP-ECTFE的优异摩擦电性能不仅体现在固固接触起电中，在固体-液体接触起电中也有优异的表现。值得注意的是，先前报道的电晕和热极化方法不能有效地产生液固TENG中的持久摩擦电荷，特别是在放电模式下，表面电荷很容易被液滴中的离子中和。图3a和图3b展示了这种放电型固液TENG的原理，整个过程可以概括为：在水滴扩散的瞬间，正电荷从底部电极快速移动到放电电极，从而形成放电电流。放电电流在每个接触循环中的逐渐减小，是由于水中离子对ECTFE表面的电荷中和有关。图3c显示了带有外部负载的固液TENG的短路电流和峰值功率密度，以水滴的最大扩散面积（Amax）作为有效接触面积，计算功率密度。在第一个循环中，QP-ECTFE TENG的最大峰值功率密度达到75.27 W·m^?2，负载为10 MΩ。此外，当液滴连续接触ECTFE时，表面电荷密度将迅速降低。实验结果如图3d所示，第四滴的电流是第一滴的56%，是第三滴的4.4倍。与第三水滴相比，由第四水滴产生的超过电流被称为恢复电荷。同时，部分电荷永远无法再恢复，因为它已经被界面上水中的离子中和。图3e和3f显示了QP-ECTFE固液TENG的自恢复能力和高电荷密度，该发电机可以通过一滴水点亮450多个LED，然后，将薄膜放置在空气中5分钟，表面电荷密度的恢复率可以达到60%，并且仍然可以点亮超过450 个LED。然而，经CP处理的ECTFE在第一个循环中只能点亮40个LED，并在接下来的循环中快速衰减。总之，QP-ECTFE不仅在传统的固体-固体TENG中表现出超高的电荷密度，而且在固液TENG应用中也表现出可恢复的放电现象。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202302164