聚合物硫混合物的增强摩擦纳米发电机与无毒合成

摩擦纳米发电机(TENG)是一种能量收集装置，它通过两种相反的摩擦极性材料的接触分离或相对滑动运动将机械能转化为电能。仁荷大学的研究人员此前报道了基于硫骨架聚合物的 TENG 的第一个例子。使用有毒氟气直接氟化硫共聚物膜的表面以提高 TENG 性能。

与碳的 EA (–122 kJ/mol) 相比，硫和氟的电子亲和力 (EA) 分别为 –200 kJ/mol 和 –322 kJ/mol。与目前传统的负极材料聚四氟乙烯(PTFE)相比，氟化硫共聚物薄膜可以实现六倍和三倍的电压和电流增加。此外，元素硫是石油精炼的副产品;因此，高纯度硫可以以低成本在市场上买到。然而，为了确保该技术在实际工业应用中的操作安全，有必要设计废物处理系统以及回收有毒氟气的方法。

为了克服这些限制，研究人员最近报道了一种简便且无毒无氟气体的合成路线，用于合成包含富氟聚合物(聚(五氟苯乙烯)，PPFS)和硫骨架的极负摩擦电聚合物共混物基聚合物。在该方法中，PPFS 分子通过热压相分离到空气界面上，从而实现了高效的摩擦电能收集。尽管 PPFS 的负载值较低 (7.5 wt.%)，但由于硫共聚物和 PPFS 之间的表面能高度差异导致共混膜中的相分离，其表面覆盖率超过 90%。

大量氟在薄膜表面的定位为聚合物共混物提供了极差的摩擦电性能。研究中聚合物共混物薄膜的摩擦电性能明显优于传统的碳骨架聚合物。与基于 PTFE 的 TENG 相比，基于聚合物共混物的 TENG 表现出约 26 小时的长期稳定性能和增强的电压和电流输出，分别高出 8 倍和 9 倍。最后，研究人员证明了基于 4 英寸薄膜的 TENG 能够通过具有~1360 V 摩擦电开路电压的聚合物混合薄膜为 400 个串联的 3.3 V 蓝色 LED 供电。

通过这项工作，富氟聚合物与硫聚合物的相分离策略将为学术界和工业界的研究提供见解，以实现可扩展、低成本、环保和高性能的摩擦电能收集。

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