基于MoS 2 /Graphene复合材料的摩擦纳米发电机

发布时间：2020-12-10 22:51

　　制备了一种基于MoS₂/Graphene复合纳米材料嵌入式电子接收层的摩擦纳米发电机（TENG）,研究了不同电子接收层对TENG输出电压响应、频率响应及负载响应等参数的影响,并探讨了相关增强机制。在5 Hz的工作频率下,相比没有电子接收层的TENG,嵌入电子接收层的TENG的输出电压提升了3～8倍。在最佳外部负载阻抗的情况下,电子接收层为MoS₂/Graphene的TENG（TENG-M/G）的最大输出功率是电子接收层为聚酰亚胺膜的TENG（TENG-PI）的23倍。通过分析转移电荷量的差异,探讨了不同电子接收层的TENG输出差异性的原因。为了进一步验证实验结果,制作了掺杂不同PI膜作栅绝缘层的金属-绝缘体-半导体（MIS）器件,通过分析其在1 kHz下的C-V特性曲线,探讨了造成TENG输出差异性的内部机制及MoS₂/Graphene复合材料在TENG中的电荷捕获作用。 

【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020年10期 第113-119+128页 北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

TENG的结构

用图7的能带示意图来定性地解释观察到的C-V特性。当底部的氧化铟锡(ITO)电极电压为零时,MoS2/Graphene复合材料中没有电子被捕获,如图7(a)所示,当向底部的ITO电极施加正向偏压时,电子从ZnO导带底注入到PI膜的最低未占分子轨道(LUMO能级),随后被MoS2/Graphene复合材料所捕获。此时基于MoS2/Graphene复合材料的栅绝缘层表现出电离受主的状态,使得在底部的ITO电极施加的正向偏压呈增大趋势,也从侧面反映了MoS2/Graphene复合材料在TENG中表现出对电子的捕获能力[28]。3 结语

图3(a)是MoS2粉末和MoS2/Graphene复合材料的拉曼光谱图。MoS2粉末中明显存在着E 2g 1 峰(382 cm-1)和A1g峰(408 cm-1),这两种振动模式已经被报道过[17]。剥离后的MoS2/Graphene复合物的E 2g 1 峰在383 cm-1处,相对于MoS2二硫化钼块体粉末的E 2g 1 峰红移1 cm-1,A1g峰出现在405 cm-1处,相对于MoS2块体粉末的A1g峰蓝移3 cm-1。剥离后的MoS2/Graphene复合物的E 2g 1 峰和A1g峰的宽度相比MoS2粉体的也有所增加。Li等[18]的研究中发现,剥离后MoS2的E 2g 1 峰和A1g峰峰值频率可以用于识别MoS2薄片的层数。当MoS2层数增加时,MoS2的E 2g 1 峰表现出红移现象,A1g峰则出现蓝移。这是因为MoS2层数增加时,原子层间的范德华力抑制了原子振动,导致更高的力常数,从而使A1g峰蓝移。而E 2g 1 峰的红移可能是层数增加导致的结构性变化对原子振动的影响[19]。根据E 2g 1 峰和A1g峰峰值频率与MoS2层数的关系可以断定,所制备的MoS2/Graphene复合物中的MoS2纳米片为单层和少数层的混合体,这与SEM结果显示的MoS2片层结构相符。图2 剥离前后的Mo S2及Graphene的SEM图


本文编号：2909416