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Mejora de la recolección de energía triboeléctrica: Revisión exhaustiva de técnicas de polarización dieléctrica

Resumen

Los dispositivos de recolección de energía basados en el efecto triboeléctrico han atraído gran atención por su mayor rendimiento de salida comparado con otros nanogeneradores, utilizados en diversas aplicaciones vestibles. Según el mecanismo de funcionamiento, el rendimiento triboeléctrico es principalmente proporcional a la densidad de carga superficial de los materiales triboeléctricos. Diversos enfoques, como modificación de grupo funcional superficial y composición dieléctrica de materiales triboeléctricos, se han empleado para aumentar la densidad de carga superficial, mejorando rendimientos triboeléctricos. Notablemente, ajustar propiedades dieléctricas de materiales triboeléctricos puede aumentar significativamente la densidad de carga superficial porque la carga superficial es proporcional a la permitividad relativa del material triboeléctrico. La constante dieléctrica relativa se modifica por polarización dieléctrica, como electrónica, vibracional (o atómica), orientacional (o dipolar), iónica e interfacial. Por tanto, tal polarización representa factor crítico para mejorar constante dieléctrica y consecuente rendimiento triboeléctrico. En esta revisión, resumimos avances recientes en mejora de rendimiento triboeléctrico mediante polarización dieléctrica mejorada.

Introducción

Dispositivos piezoeléctricos, piroeléctricos y triboeléctricos han atraído gran atención como dispositivos de recolección de energía para generación de energía desde entornos circundantes, como agua, viento, luz, temperatura y vibración. Además de fuentes de energía, estos dispositivos pueden usarse como sensores autoalimentados para aplicaciones variadas como pieles electrónicas, dispositivos de monitoreo de salud y robótica. Entre ellos, dispositivos triboeléctricos muestran rendimientos de salida relativamente mayores cuando un par de materiales triboeléctricos contactan. Las señales triboeléctricas producidas pueden usarse para operar directamente dispositivos eléctricos o monitorear estímulos mecánicos o químicos en los dispositivos. Los dispositivos triboeléctricos pueden diseñarse simplemente para fabricación simple, bajo costo, excelente rendimiento de salida y flexibilidad comparados con otras tecnologías, ventajosos para aplicaciones vestibles autoalimentadas.

La triboelectricidad ocurre debido a electrificación por contacto e inducción electrostática entre materiales triboeléctricos disímiles. El contacto mecánico induce cargas opuestas compensadas en cada capa triboeléctrica por electrificación por contacto, y la separación mecánica resulta en flujo de corriente a través del circuito externo por inducción electrostática. Por tanto, el rendimiento de salida triboeléctrico se afecta directamente por las cargas superficiales en capas triboeléctricas.

Para altos rendimientos de salida triboeléctricos, generación eficiente de carga superficial durante electrificación por contacto y transferencia efectiva de carga durante inducción electrostática son necesarias. Por tanto, es crucial seleccionar materiales de par de contacto triboeléctrico adecuados y diseñar estructuras de dispositivo óptimas. Basado en su mecanismo, cuatro tipos de dispositivos triboeléctricos consistentes en materiales dieléctricos como capas triboeléctricas se han reportado. Hay dos categorías basadas en tipos de materiales de par de contacto: dispositivos modo contacto dieléctrico-dieléctrico y conductor-dieléctrico (Fig. 1a). En el primero, dos placas dieléctricas, con grosores d1 y d2, y constantes dieléctricas relativas εr,1 y εr,2, se apilan cara a cara como capas triboeléctricas, y capas de electrodo se depositan en superficie externa dieléctrica. La distancia (x) entre las dos capas triboeléctricas varía bajo fuerza mecánica periódica.

Subsecuentemente, las superficies de capas triboeléctricas contactadas tienen cargas superficiales opuestas pero misma densidad (σ) por electrificación por contacto. Cuando capas triboeléctricas comienzan a separarse por aumento de distancia, una diferencia de potencial (V) se induce entre los dos electrodos por cantidades de cargas positivas/negativas transferidas (+Q/−Q). Similarmente, en modo contacto conductor-dieléctrico sin capa dieléctrica 1, metal 1 se usa como capa triboeléctrica superior y electrodo superior. En esta estructura, hay dos partes de cargas en metal 1: cargas triboeléctricas (S × σ) y cargas transferidas entre electrodos (−Q), llevando a (Sσ − Q) cargas totales en metal 1. Considerando dispositivos triboeléctricos modo contacto mencionados, el rendimiento de salida puede derivarse basado en electrodinámica:

V = − Q/(Sε0) (d0 + x(t)) + σ x(t)/ε0 (1)

VOC = σ·x(t)/ε0, ISC = dQSC/dt, QSC = Sσ x(t)/(d0 + x(t)), d0 = Σi=1n di/εr,i (2)

El grosor dieléctrico efectivo d0 se define como suma de todos los grosores dieléctricos di divididos por su permitividad relativa εr,i. Basado en Ec. 2, el rendimiento triboeléctrico se afecta directamente por densidad de carga superficial (σ) de capas dieléctricas.

Previamente, modificación superficial de materiales triboeléctricos o introducción de materiales altamente dieléctricos se reportó para aumentar densidad de carga superficial. Modificación superficial, como control de morfología superficial o introducción de iones cargados, aumenta densidad de carga superficial ampliando área superficial o polaridad triboeléctrica entre capas de par. Además de ajustar propiedad superficial, aumento de constante dieléctrica mejora capacitancia de capa dieléctrica, resultando en aumento de densidad de carga superficial. En modelo de capacitor de placas paralelas, densidad de carga superficial relaciona con capacitancia de capa dieléctrica:

σ = CV/S, C = Sεε0/d (3)

Donde C y S indican capacitancia y área de contacto. De Ec. 3, como capacitancia (C), factor capaz de mejorar densidad de carga superficial en dispositivo triboeléctrico modo contacto dieléctrico, aumenta con constante dieléctrica y/o reducción de grosor de capa dieléctrica, densidad de carga superficial es directamente proporcional a relación constante dieléctrica/grosor (ε/d). Similarmente, en dispositivo triboeléctrico, capacitancia de capa tribo-dieléctrica se expresa desde Ec. 2:

C = QSC/VOC = ε0S/(d0 + x(t)) (4)

Por ejemplo, usar capa dieléctrica porosa en dispositivo triboeléctrico es forma eficiente de aumentar grandemente relación ε/d al aumentar simultáneamente constante dieléctrica y disminuir grosor cuando capa dieléctrica se presiona bajo presión externa, mejorando significativamente densidad de carga superficial incluso con mismas capas triboeléctricas. Por tanto, constante dieléctrica de capa triboeléctrica es factor efectivo para mejorar densidad de carga superficial mejor que potencial superficial determinado por selección de materiales de par triboeléctrico.

Aunque constante dieléctrica de material triboeléctrico es factor importante en mejora de rendimientos triboeléctricos, no ha habido discusiones exhaustivas sobre principios y estrategias para aumentar constante dieléctrica. Previamente, varias revisiones excelentes sobre dispositivos triboeléctricos, incluyendo materiales y mecanismos, se reportaron; sin embargo, solo pocos estudios sobre dispositivos triboeléctricos inducidos por dieléctrico se han reportado. Aquí introducimos fundamentos de polarización dieléctrica y demostramos que rendimientos de salida de dispositivos triboeléctricos pueden controlarse y mejorarse significativamente mediante diseño de materiales dieléctricos con polarización dieléctrica controlada.

Polarización dieléctrica para rendimiento triboeléctrico mejorado

La constante dieléctrica (o permitividad relativa) se define como factor mediante el cual el campo eléctrico aplicado disminuye a través de polarización dieléctrica de materiales, que puede mejorarse mediante ingeniería de materiales dieléctricos mediante introducción de aditivos dieléctricos o modificación de estructuras químicas, llevando a diversos fenómenos dieléctricos. La polarización dieléctrica se divide en electrónica, vibracional (o atómica), orientacional (o dipolar), iónica e interfacial (Fig. 1b). Polarizaciones electrónica y atómica son inducidas por distorsión de electrones negativos y núcleos positivos en un átomo en dirección opuesta al campo eléctrico externo, adquiriendo momentos dipolares eléctricos, que ocurren en régimen de resonancia sobre frecuencias infrarrojas (> 100 GHz). Como materiales basados en polarización, como semiconductores, no tienen pérdida dieléctrica bajo 1 GHz, son más deseados para aplicaciones prácticas desde pocos Hz a 1 GHz. Sin embargo, la mayoría de polímeros orgánicos exhiben constantes dieléctricas menores (< 10) que materiales semiconductores por naturaleza intrínseca de sus enlaces moleculares, que no pueden inducir polarización electrónica y atómica. Para inducir más polarizaciones electrónicas/atómicas en polímeros, las estructuras de cadena polimérica deberían involucrar átomos mayores con electrones polarizables, como Si, Ge, o Sn, que composiciones básicas de polímeros. Aunque polímeros basados en Si, como polisiloxanos o derivados, se sintetizan, constante dieléctrica no supera 3–4. Por tanto, es difícil aumentar polarización electrónica/atómica en polímeros aislantes.

En polímeros, mientras polarizaciones electrónica y atómica están limitadas para mejorar constante dieléctrica por estructura de enlace molecular intrínseca, otras polarizaciones dipolar, iónica e interfacial pueden utilizarse para mejorar constante dieléctrica. Polarización dipolar (orientacional) es causada por reorientación de momentos dipolares moleculares permanentes en polímeros o nanocompuestos incluyendo nanopartículas o moieties dipolares, afectada por estructuras de fase (amorfas o cristalinas), temperatura y frecuencia (usualmente < 10 MHz). La modificación de estructuras dipolares permite preparación de vidrio dipolar, polímeros ferroeléctricos y ferroeléctricos relajadores. Por ejemplo, orientación dipolar de derivados de fluoruro de polivinilideno (PVDF) conduce a formación de fase β, aumentando constante dieléctrica, mejorando rendimiento triboeléctrico. Polarización iónica puede causarse por desplazamientos relativos entre iones cargados positiva y negativamente bajo fuerza externa. Por tanto, polímeros con componentes iónicos pueden usarse para mejorar rendimiento capacitivo mediante polarización iónica. Por ejemplo, componentes iónicos (p. ej., NaCl y LiCl) en hidrogeles se polarizan bajo campo externo, formando capas dobles eléctricas, resultando en mejora de rendimiento triboeléctrico. Polarización interfacial es inducida por reorganización de cargas espaciales en interfaces en compuestos dieléctricos. Por tanto, polarización interfacial es observable en todos los sistemas dieléctricos multicomponentes, incluyendo polímeros semicristalinos, mezclas poliméricas, o nanocompuestos con nanorecargos de alto-k o conductores. Recientemente, nanocompuestos polímero con nanopartículas de alto-k, que mejoran constante dieléctrica neta, llevando a aumento de densidad de carga superficial y rendimiento triboeléctrico, se han usado en dispositivos triboeléctricos. En secciones siguientes, introducimos ejemplos demostrando mejora de rendimiento de salida triboeléctrico mediante aumento de constante dieléctrica.

Polarización interfacial en compuestos polímero/nanopartículas de alta permitividad

Nanopartículas de alta permitividad se usan para mejorar constantes dieléctricas de nanocompuestos polímero por polarización en interfaz entre polímero y nanopartículas. Porque nanomateriales inorgánicos (p. ej., nanopartículas y nanohilos de titanato de bario (BaTiO3)) o conductores (p. ej., nanopartículas metálicas, nanotubos de carbono, grafeno) se emplean ampliamente en matrices poliméricas para aumentar constante dieléctrica neta, compuestos polímero con varios aditivos tienen constantes dieléctricas mayores que polímeros base, llevando a rendimientos triboeléctricos mejorados. Chen et al. prepararon película de PDMS tipo esponja incluyendo nanopartículas de alto-k (SiO2, TiO2, BaTiO3, SrTiO3) para mejorar rendimientos triboeléctricos (Fig. 2a). Como SrTiO3 exhibe mayor permitividad que otros, PDMS con SrTiO3 muestra mayor constante dieléctrica. Esto también puede ser causado por polarización de carga espacial en interfaz entre PDMS y partículas SrTiO3. Notablemente, rendimiento de salida triboeléctrico mejora por aumento de capacitancia mediante εr/dPDMS incrementado durante proceso de contacto. Además de nanopartículas dieléctricas, diferentes materiales de alta permitividad, como BaTiO3 dopado con Al y CaCu3Ti4O12, se aplican en capas triboeléctricas, llevando a constante dieléctrica mejorada y rendimiento triboeléctrico resultante (Fig. 2b). Por otro lado, adición de materiales conductores permite formación de estructuras micro-capacitor en matriz polimérica, induciendo acumulación de carga espacial en interfaz entre matriz y aditivos. Este tipo de polarización interfacial es causado por mayor diferencia en conductividad entre polímero y aditivos conductores.

Por tanto, compuestos polímero con materiales basados en metal o carbono exhiben constantes dieléctricas aumentadas comparado con polímeros puros, llevando a aumento de densidad de carga superficial y rendimiento triboeléctrico resultante (Fig. 3). Aunque compuestos polímero de alta permitividad se usan ampliamente como materiales triboeléctricos negativos, hay limitaciones sobre mejora de rendimiento: (1) Existe ratio optimizado de aditivos en matriz polimérica porque aditivos excesivos causan corriente de fuga o área de fricción superficial reducida, resultando en disminución de rendimiento. (2) Aditivos deben dispersarse homogéneamente en matriz para mejorar polarización interfacial porque nanopartículas agregadas interrumpen polarización interfacial reduciendo área interfacial entre polímero y nanopartículas.

Polarización interfacial en películas poliméricas multicapa

Para compuestos aleatorios de nanopartículas/polímero, polarización interfacial es difícil de controlar porque requiere control preciso de cantidad y dispersión de nanopartículas. En dieléctricos multicapa, polarización interfacial puede controlarse fácilmente porque todas las interfaces son perpendiculares al campo eléctrico, resultando en acumulación uniforme de carga espacial en interfaces multicapa y constante dieléctrica mejorada. Dieléctricos multicapa poliméricos se han investigado ampliamente para mejorar constante dieléctrica vía polarización interfacial entre capas poliméricas disímiles. Polarización interfacial ocurre cuando cargas espaciales (electrones e iones) se acumulan en interfaz entre dos materiales disímiles con grandes contrastes en permitividad y conductividad eléctrica bajo campo externo. Kim et al. y Feng et al. demostraron efecto de películas bicapa con mayor diferencia en permitividad relativa en rendimiento de salida triboeléctrico (Fig. 4a,b). Adición de capas dieléctricas de menor permitividad entre capa conductora y electrodo causa atrapamiento o almacenamiento de carga en película dieléctrica, llevando a mayor densidad de carga. La acumulación de carga podría ser causada por polarización aumentada en interfaz de películas bicapa mediante gran diferencia en permitividad o conductividad entre PVDF y películas aislantes. Por otro lado, nuestro grupo demostró efecto de película bicapa consistente en polímeros con diferentes unidades de flúor y tereftalato de polietileno (PET) capas aislantes en rendimiento de salida (Fig. 4c). Notablemente, polímeros fluorados con tres unidades de flúor en cadena lateral (poli(2,2,2-trifluoroetil metacrilato), PTF) se recubren en sustratos PET con menor constante dieléctrica, aumentando constante dieléctrica causada por polarización interfacial mejorada en interfaz entre PTF semicristalino y PET. Consecuentemente, PTF–PET exhibió mayor rendimiento triboeléctrico que otras películas de polímeros fluorados. Basado en resultados anteriores, películas dieléctricas multicapa heterogéneas pueden ser diseño robusto para mejorar rendimiento triboeléctrico de dispositivos flexibles o vestibles.

Polarización iónica en geles poliméricos iónicos

En matriz polimérica incluyendo componentes iónicos excepto iones impureza, polarización iónica promueve formación de capa doble eléctrica (CDE) en interfaz entre electrolito polimérico y electrodo, llevando a aumento de constante dieléctrica. Polarización a menudo se utiliza en dispositivos de almacenamiento de energía, como capacitores (supercapacitores o capacitores CDE) y baterías. Según ecuación de Helmholtz, capacitancia puede expresarse como C ≈ kε0/λ, donde k, ε0, λ son constante dieléctrica efectiva de CDE, permitividad de vacío, y longitud de apantallamiento de Debye (o grosor de capa doble), respectivamente. En dispositivo triboeléctrico, componentes iónicos, como pares iónicos simétricos o asimétricos y líquidos iónicos, en materiales poliméricos se emplean a menudo. Dado que poli(alcohol vinílico) (PVA) es material triboeléctrico negativo por grupos hidroxilo en cadena principal, puede interactuar con diferentes tipos de pares iónicos. Cuando campo eléctrico externo se aplica, polarización iónica ocurre por desplazamientos relativos entre iones positivos y negativos, contribuyendo a formación CDE en interfaz entre capas triboeléctricas. Ryu et al. prepararon electrolitos poliméricos sólidos (SPE) basados en PVA con iones simétricos o asimétricos como capas triboeléctricas positivas o negativas (Fig. 5a). Tras proceso de contacto con PVA prístino, diferentes potenciales superficiales se midieron sistemáticamente por efecto de diferentes tipos de dopaje iónico. Por ejemplo, SPEs se vuelven materiales triboeléctricos negativos o positivos tras adición de ácido fosfórico (H3PO4) con más cationes que aniones o cloruro de calcio (CaCl2) con más aniones que cationes, respectivamente, porque cationes o aniones crean estados cargados electrónicamente adicionales o desocupados. Prácticamente, se muestra que conductor iónico consistente en PVA con solución de borax o poli(acrilamida) con cloruro de litio se aplica en recolección de energía biomecánica y sensado táctil, mejorando rendimientos triboeléctricos mediante formación CDE (Fig. 5b). Similarmente, Zou et al. fabricaron nanogenerador elástico biónico consistente en elastómero Ecoflex y solución de cloruro de sodio (NaCl) inspirado en estructura de canales iónicos en citomembrana de electrolito en anguila eléctrica. Combinando efectos de triboelectrificación por líquido fluido e inducción electrostática por iones polarizados, dispositivo recolecta energía mecánica de movimiento humano bajo agua con voltaje de circuito abierto > 10 V. Además, Lee et al. investigaron rendimiento triboeléctrico cuando nanogenerador se conectó a unidad de gel iónico compuesta por líquido iónico y poli(fluoruro de vinilideno-co-hexafluoropropileno), creando perfil de voltaje ancho y lento por gran tiempo de relajación de iones polarizados (Fig. 5c). Dispositivos triboeléctricos basados en gel iónico permiten fabricación de dispositivos vestibles ultra-elásticos, transparentes e impermeables, aunque deben encapsularse por matriz elastomérica para prevenir fuga de iones.

Polarización dipolar en derivados ferroeléctricos de PVDF

Polarización dipolar (orientacional) es otra estrategia para mejorar constante dieléctrica con baja pérdida dieléctrica, causada por aumento de momento dipolar a través de dipolos alineados en estructuras de fase de cadenas poliméricas. Ejemplos típicos son PVDF y sus derivados. Los polímeros tienen momentos dipolares permanentes desde que fase β unidireccional se forma, llevando a aumento de constante dieléctrica y rendimiento triboeléctrico resultante. Cheon et al. demostraron nanogeneradores triboeléctricos de alto rendimiento basados en nanofibras compuestas de PVDF-nanohilos de plata (AgNW) (Fig. 6a). Introducción de AgNWs en PVDF aumenta ratio de fase β a fase α por interacción entre AgNWs y cadenas moleculares de PVDF, resultando en constante dieléctrica mejorada, permitiendo atrapamiento de carga en capa dieléctrica PVDF-AgNW. Además de fuentes metálicas, Seung et al. introdujeron nanopartículas semiconductoras (BaTiO3) en matriz de copolímero ferroeléctrico (poli(fluoruro de vinilideno-trifluoroetileno), PVDF-TrFE) (Fig. 6b). Rendimiento triboeléctrico se mejora significativamente tras proceso de poling, > 150 veces mayor que nanogeneradores triboeléctricos basados en politetrafluoroetileno típicos. A diferencia de nanocompuestos polímero heterogéneos, nuestro grupo demostró recientemente efecto de nanocompuestos multicapa ferroeléctricos en rendimiento triboeléctrico (Fig. 6c). Películas dieléctricas multicapa consistentes en capas alternadas PVDF-TrFE y BaTiO3 muestran mayor constante dieléctrica (17,1) que película pura PVDF-TrFE (13,9) y nanocompuesto monocapa PVDF-TrFE/BaTiO3 (15,9) por polarización interfacial entre capas de copolímero y nanopartículas, como se explicó en sección de película dieléctrica multicapa (Fig. 4). Secuencialmente, rendimiento de salida triboeléctrico aumenta comparado con películas monocapa. Aunque nanocompuestos polímero ferroeléctricos mejoran rendimiento de salida triboeléctrico por constante dieléctrica aumentada mediante alta polarización ferroeléctrica, hay limitación en aumentar rendimiento por umbral de percolación de aditivos.

Por otro lado, momento dipolar puede modificarse introduciendo moléculas polares simples, como –CN, –NO2, –SO2–, o polímeros polares, incluyendo poliestireno, poli(2-hidroxietil metacrilato), poli(metacrilamida dopamina), que permiten rotación de dipolos en volumen libre de polímeros, mejorando constante dieléctrica. Polarización dipolar se ha usado recientemente para aumentar constante dieléctrica de materiales triboeléctricos uniendo grupos polares con grandes momentos dipolares a cadena lateral de polímeros; Lee et al. demostraron que copolímero injertado PVDF aumenta notablemente rendimiento de salida triboeléctrico (Fig. 7). Poli(terc-butil acrilato) (PtBA) con diferentes ratios de injerto se introdujo en cadena PVDF, llevando a momento dipolar mejorado por enlace π y grupos éster polares en PtBA, mejorando constante dieléctrica y subsecuentemente rendimiento de salida triboeléctrico. Además de polímero injertado, dieléctricos polímero con dominios nanoestructurados aumentan constante dieléctrica por polarizabilidad orientacional dipolar. Aunque materiales dieléctricos basados en polímero tienen ventajas como procesabilidad en solución y flexibilidad, pocos estudios donde tal polarización en dispositivos triboeléctricos se emplea se han reportado.

Conclusiones y perspectivas

Dispositivos electrónicos autoalimentados vestibles e implantables son esenciales, especialmente desde desarrollo de tecnología Internet de las Cosas (IoT). Dado que efecto triboeléctrico es uno de fenómenos más frecuentes en vida diaria, dispositivos triboeléctricos son cosechadores de energía prometedores para dispositivos vestibles autoalimentados combinados con otros tipos de aplicaciones. En desarrollo de industria IoT, dispositivos electrónicos requieren miniaturización y multifuncionalidad, necesitando altos rendimientos de salida. Aunque dispositivos triboeléctricos con altos rendimientos se han desarrollado empleando estructuras de dispositivo con modos de funcionamiento combinados, es necesario mejorar rendimiento para múltiples dispositivos.

Hasta ahora, investigación se centró en desarrollo de materiales de par triboeléctrico (usualmente materiales triboeléctricos negativos), mientras materiales tribo-dieléctricos rara vez se investigaron. Como materiales dieléctricos tienen potencial para mejorar rendimientos triboeléctricos según relación entre densidad de carga superficial y constante dieléctrica, invención de materiales triboeléctricos basados en varios mecanismos de polarización permite desarrollo de dispositivos vestibles de alta potencia, logrando:

  1. Porque variedad de materiales dieléctricos de alto-k se han sintetizado controlando factor estructural o dopaje químico, hay varios candidatos para aumentar constante dieléctrica de compuestos polímero. Además, modificación superficial de nanomateriales dieléctricos para dispersión homogénea en matriz polímero y control de estructura dieléctrica (p. ej., compuestos multicapa heteroestructurados o compuestos dieléctricos con materiales conductores alineados) se han investigado para aumentar propiedades dieléctricas. Sin embargo, pocos enfoques se han usado en dispositivos triboeléctricos para mejorar rendimiento. La alta compatibilidad o alineación de aditivos en matriz polímero permitirá aumento de área interfacial o reducción de corriente de fuga, llevando a aumento de constante dieléctrica y rendimiento resultante.

  2. Además de nanocompuestos polímero dieléctricos, modificar estructuras de cadena polimérica puede mejorar propiedades dieléctricas por polarización dipolar mediante momentos dipolares mejorados. Hasta ahora, materiales poliméricos con altas constantes dieléctricas se han sintetizado injertando componentes polarizables o ingenierizando nanoestructuras, aumentando constante dieléctrica por polarización dipolar. Materiales dieléctricos basados en polímero son buenos candidatos para usar como materiales triboeléctricos por propiedades físicas como flexibilidad y procesabilidad en solución, facilitando desarrollo de dispositivos triboeléctricos imprimibles para aplicaciones vestibles de próxima generación.

  3. Además de polarización dieléctrica, proceso de poling eléctrico que induce realineación dipolar bajo campo eléctrico fuerte puede ser otro enfoque para mejorar constante dieléctrica, mejorando subsecuentemente rendimientos triboeléctricos. Recientemente, métodos de auto-poling se aplicaron para mejorar sustancialmente propiedades ferroeléctricas mediante proceso inducido por cizallamiento en generadores piezoeléctricos, aunque rendimiento sigue menor que generadores triboeléctricos. Mecanismo combinado con polarización dieléctrica y auto-poling en compuestos dieléctricos puede ser efecto sinérgico para mejorar significativamente constante dieléctrica, llevando a mejora notable de rendimientos triboeléctricos.

  4. La mayoría de estudios se centran en materiales triboeléctricos negativos. Como rendimiento triboeléctrico surge de electrificación por contacto entre capas triboeléctricas positivas y negativas, materiales triboeléctricos positivos son factor importante para mejorar rendimientos. Materiales de par triboeléctrico inducidos por polarización pueden promover desarrollo de dispositivos triboeléctricos con rendimientos de salida significativamente mejorados, facilitando aplicaciones prácticas requiriendo alta potencia, como dispositivos vestibles inteligentes y dispositivos IoT portátiles.

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