Властивості трибоелектричного шару з втіленими сфероїдальними металевими наночастинками

А. В. Коротун$^{1,2}$, В. П. Курбацький$^{1}$, Р. Ю. Корольков$^{1}$, Г. В. Мороз$^{1}$

$^{1}$Національний університет «Запорізька політехніка», вул. Університетська, 64, 69011 Запоріжжя, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 04.05.2026; остаточний варіант - 15.05.2026. Завантажити: PDF

В минулі кілька років було експериментально встановлено факт підвищення ефективности роботи трибоелектричних ґенераторів за збудження у втілених в активний шар ґенератора металевих наноструктурах або наночастинках поверхневих плазмонних резонансів. Причиною такого поліпшення експлуатаційних характеристик трибоелектричних ґенераторів, на нашу думку, є збільшення густини заряду на контактуючих поверхнях трибоелектричних шарів внаслідок поляризації у приповерхневій активній області зі збудженими плазмонами під впливом поля трибоелектричних зарядів. В цій роботі проведено дослідження властивостей трибоелектричних шарів, які являють собою композитне середовище поліди-метилсилоксан (PDMS)–металеві наночастинки. Передбачається, що частинки мають форму витягнутих або сплюснених сфероїдів, розподілені у трибоелектричному шарі невпорядковано й опромінюються природнім світлом. Оскільки процес ґенерування плазмонів у частинках-втіленнях є частотно-залежним, для дослідження впливу плазмонного резонансу на характеристики трибоелектричного шару ми скористалися частотно-залежною діелектричною функцією. В рамках Максвелл-Ґарнеттового моделю для ефективного середовища та Максвелл-Ґарнеттового моделю з розмірною корекцією виконано розрахунки ефективної діелектричної функції трибоелектричного шару, густини поляризаційного заряду на його поверхні та фактора якости трибоелектричного матеріялу (FOM) і проведено порівняння результатів з метою оцінки значимости розмірної корекції. Досліджено й обговорено вплив ексцентриситету, матеріялу й об'ємного вмісту частинок-втілень на дійсну й уявну частини ефективної діелектричної функції, відносну поверхневу густину поляризаційного заряду та фактор якости. Виявлено, що матеріял втілених наночастинок та їхній об'ємний вміст істотно впливають на характеристики трибоелектричного шару. Доведено, що втілення у трибоелектричний шар витягнутих сфероїдальних частинок приводить до більшої поверхневої густини трибоелектричного заряду та більшого значення FOM у порівнянні зі сплюсненими сфероїдами.

Ключові слова: трибоелектричний наноґенератор, сфероїдальна металева наночастинка, ефективна діелектрична функція, поляризаційний заряд, фактор якости трибоелектричного матеріялу.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i06/0549.html

PACS: 46.55.+d, 73.20.Mf, 77.22.Ch, 77.22.Ej, 78.67.Sc, 79.60.Jv, 82.35.Np


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. X. Fan, B. Liu, J. Ding, Y. Deng, X. Han, W. Hu, and C. Zhong, Batteries Supercaps, 3, Iss. 12: 1262 (2020).
  2. C. Xu, Y. Song, M. Han, and H. Zhang, Microsyst. Nanoeng., 7: 25 (2021).
  3. S. Wang, L. Lin, and Z. L. Wang, Nano Lett., 12: 6339 (2012).
  4. Q. Zhou, K. Lee, K. N. Kim, J. G. Park, J. Pan, J. Bae, J. M. Baik, and T. Kim, Nano Energy, 57: 903 (2019).
  5. Y. Shao, C.-P. Feng, B.-W. Deng, B. Yin, and M.-B. Yang, Nano Energy, 62: 620 (2019).
  6. J.-H. Zhang, Y. Li, J. Du, X. Hao, and H. Huang, J. Mater. Chem. A, 7: 11724 (2019).
  7. M. Kim, D. Park, M. M. Alam, S. Lee, P. Park, and J. Nah, ACS Nano, 13, Iss. 4: 4640 (2019).
  8. D. Wang, Y. Lin, D. Hu, P. Jiang, and X. Huang, Compos. A, 130: 105754 (2020).
  9. D.-L. Wen, X. Liu, H.-T. Deng, D.-H. Sun, H.-Y. Qian, J. Brugger, and X.-S. Zhang, Nano Energy, 66: 104123 (2019).
  10. X. Chen, F. Wang, Y. Zhao, P. Wu, L. Gao, C. Ouyang, Y. Yang, and X. Mu, Research, 2022: 9765634 (2022).
  11. L. Gao, X. Chen, S. Lu, H. Zhou, W. Xie, J. Chen, M. Qi, H. Yu, X. Mu, Z. L. Wang, and Y. Yang, Adv. Energy Mater., 9, No. 44: 1902725 (2019).
  12. X. Chen, Y. Zhao, F. Wang, D. Tong, L. Gao, D. Li, L. Wu, X. Mu, and Y. Yang, Adv. Sci., 9, No. 4: e2103957 (2022).
  13. A. V. Korotun, V. P. Kurbatsky, R. Yu. Korolkov, and H. V. Moroz, Physics and Chemistry of Solid State, 27, No. 1: 101 (2026).
  14. Z. L. Wang and A. C. Wang, Mater. Today, 30: 34 (2019).
  15. C. Xu, Y. L. Zi, A. C. Wang, H. Zou, Y. Dai, X. He, P. Wang, Y.-C. Wang, P. Feng, D. Li, and Z. L. Wang, Adv. Mater., 30, Iss. 15: 1706790 (2018).
  16. J. H. Nie, Z. W. Ren, L. Xu, S. Lin, F. Zhan, X. Chen, and Z. L. Wang, Adv. Mater., 32, Iss. 2: 1905696 (2019).
  17. D. Li, C. Xu, Y. Liao, W. Cai, Y. Zhu, and Z. L. Wang, Sci. Adv., 7, Iss. 39: eabj0349 (2021).
  18. Z. L. Wang, Faraday Discuss., 176: 447 (2014).
  19. L. Lin, Y. N. Xie, S. M. Niu, S. H. Wang, P.-K. Yang, and Z. L. Wang, ACS Nano, 9, Iss. 1: 922 (2015).
  20. N. I. Pavlyshche, A. V. Korotun, and V. P. Kurbatsky, Chemistry, Physics and Technology of Surface, 14, No. 4: 561 (2023).
  21. A. V. Korotun, N. A. Smyrnova, I. M. Titov, and H. M. Shylo, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 5: 569 (2023) (in Ukrainian).
  22. A. Moroz, J. Opt. Soc. Am. B, 26, Iss. 3: 517 (2009).
  23. N. I. Pavlyshche, A. V. Korotun, V. P. Kurbatsky, and R. Yu. Korolkov, Functional Mater., 32, No. 1: 108 (2025).