Трибоэлектрический наногенератор с конструкционной сверхсмазкой, характеризующийся пренебрежимо малым износом и высокой эффективностью трибоэлектризации

Трибоэлектрические наногенераторы (TENG) могут эффективно преобразовывать слабую механическую энергию в электричество, что делает их подходящими для маломасштабного и распределённого питания, требуемого Интернетом вещей. Однако неизбежное трение и износ приводят к высоким потерям энергии, низкой эффективности трибоэлектризации и существенно ограничивают срок службы и надежность устройств. В работе предложен безизносный TENG с конструкционной сверхсмазкой (SSL-TENG), выполненный на паре графит–SiO2. За счёт формирования атомно-плоского трения на интерфейсе методом микрообработки устройство работает в устойчивом состоянии конструкционной сверхсмазки с близким к нулю коэффициентом трения (0,0034). По сравнению с мозаичным распределением зарядов, описанным ранее, плотный контакт на интерфейсе SSL подавляет пробой в воздухе и обеспечивает унополярное распределение зарядов, что приводит к высокой плотности заряда 0,47 мКл/м2 и 106-кратному увеличению эффективности трибоэлектризации. Одновременно SSL-TENG демонстрирует стабильную выходную характеристику более чем в 1,1×10^5 циклов без признаков износа. Работа предлагает фундаментальную стратегию устранения межфазного трения и ограничения, связанного с пробоем в воздухе, прокладывая путь к ультранадёжному и высокоэффективному энерговосприятию. Создан скользящий трибоэлектрический генератор, основанный на конструкционной сверхсмазке между графитом и кремниевым оксидом: атомарный контакт обеспечивает близкое к нулю трение, подавляет пробой в воздухе, исключает износ и обеспечивает стабильный повышенный выход зарядов при длительных циклах.