高电荷密度的摩擦电聚合物是推动摩擦纳米发电机广泛应用的基础，在本研究中开发了一种基于重复流变锻造的摩擦电聚合物的加工方法。通过重复锻造法制备的全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）不仅具有优异的力学性能，而且可以保持超高的摩擦电荷密度。基于厚度为30μm的FEP薄膜，接触分离TENG的输出电荷密度达到352μC·m^-2，是之前最高记录的1.46倍。

图1：重复流变锻造制备高电荷密度摩擦电材料示意图

  对于极化前RRF-FEP，如图3a傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）显示，在1647 cm^-1处出现了-CF=CF₂的伸缩振动峰，由于-CF=CF₂基团通常作为分子链的端基出现，推断一定数量的聚合物链可能在重复压制过程中被裂解，并生成一系列短链，并且t_off是这种形成方法的关键因素。结果表明，在RRF加工过程中，端基的强度随着t_off的延长先增大后减小，当t_off为0.95秒时，端基强度达到峰值。此外，通过密度泛函理论计算了含或不含-CF=CF₂的FEP链元素的分子静电势，发现-CF=CF₂键可以在端基处形成贫电子区。该结果解释了极化前四个不同t_off下RRF-FEP的电荷密度顺序。在t_off为0.95秒的情况下，RRF-FEP₂具有最多的端基，且其表面有较大比例的-CF3基团，所以在四种RRF-FEP中，RRF-FEP₂的摩擦电性能最优异。

图3：FEP薄膜的表征

图4：提高摩擦电性能的关键因素

  北京纳米能源与系统研究所博士生刘兆琦和华南理工大学黄运智为共同第一作者，瞿金平院士，陈翔宇研究员和黄照夏副教授是共同通讯作者。

  原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-31822-2