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“外专千人计划”专家Thomas Thundat与“千人计划”专家胡志宇团队共同发表重大科研成果---纳米摩擦直流发电现象

来源:上海交通大学纳微能源研究所 2017-12-12 16:26:17

      在新能源领域中,机械能-电能转换技术被认为具有广泛的运用前景,特别在微型化传感器、可穿戴电子器件及便携式设备的自供电方面有着巨大的市场潜力。其中,摩擦纳米发电技术取得了令人瞩目的发展。传统的摩擦纳米发电技术基于介电材料之间的摩擦起电,往往能够获得高电压(静电荷积累)。然而由于常用聚合物材料的高阻抗,基于介电质位移电流原理产生的瞬时电流非常微弱。同时,其产生的交流电必须通过整流转换为直流电加以利用。
      近日,由国家“外专千人计划”特聘专家、加拿大阿尔伯塔大学加拿大杰出首席科学家(Canada Excellent Research Chair)、上海交通大学特聘访问教授、美国纽约大学水牛城分校“帝国讲席教授”Thomas Thundat教授课题组;韩国Sogang大学Jungchul Lee教授课题组; 国家“千人计划”特聘专家、上海交通大学“致远讲席教授“胡志宇教授课题组共同参与的团队在纳米摩擦发电技术方面取得原创性重大突破,利用导电原子力显微镜(C-AFM)技术在二维材料MoS2中发现了一种全新的摩擦电载流子传输机制。该研究成果以题为“Direct-current triboelectricity generation by a sliding Schottky nanocontact on MoS2 multilayers”于12月11日在线发表于国际顶尖学术期刊《自然·纳米技术》 (Nature Nanotechnology)。
      论文链接:https://www.nature.com/articles/s41565-017-0019-5
      加拿大阿尔伯塔大学博士生Jun Liu(刘骏)为第一作者,Thomas Thundat教授和刘骏为共同通讯作者。

Thomas Thundat教授与博士生Jun Liu(照片来源:Richard Cairney, University of Alberta

Thomas Thundat教授(左8)团队、刘骏(右7)博士与胡志宇教授(左7)团队

      有趣的是,这项重大科学发现来源于一次实验偶然:阿尔伯塔大学Thundat教授博士生刘骏在一次导电原子力显微镜实验中忘记了在样品上施加电压,然而他惊奇地地观察到图像上依然有一个稳定的直流信号输出—这意味着在极其微观的纳米针尖和样品接触界面存在着能量-电力转换。当他们排除了仪器误差和环境影响之后,他们意识到这是一种全新的摩擦生电现象。与传统技术中运用的绝缘材料和交流电输出不同,他们发现在金属-二维半导体材料摩擦体系中存在一种特殊的连续直流电生成机制。运用这项新原理,纳米发电机的电流输出可以得到极大提高。
      在这项工作中,加、韩、中三国研究团队进行了成功的国际合作。据悉,他们的最新研究成果再一次取得了重大突破,不但验证了该现象在金属-半导体摩擦体系中的普适性,同时进一步通过尖端手段揭示了该现象基础物理机理。同时,他们在宏观尺度对该项技术的规模化进行了成功的探索,相关的成果已成文投稿并准备申请专利,并获得了加拿大政府、研究部门和投资机构的高度关注。

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