凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2021年1月29日
(v1)
,最后修订 2022年4月29日 (此版本, v3)]
标题: 摩擦电荷和序列的控制规则的推导与热电性相关
标题: Derivation of a governing rule in triboelectric charging and series from thermoelectricity
摘要: 摩擦驱动的静电起电在日常生活中、工业和技术中是常见且基本的现象,但其基本原理长期以来一直未知,并不断让从古希腊到现代高科技时代的科学家感到困惑。 尽管其表现简单,但由于两种摩擦材料之间的界面相互作用无法解决,因此认为摩擦起电非常复杂。 在这里,我们首次揭示了基于界面摩擦起源的热电荷效应的简单物理规律,以及由此产生的摩擦电序列,该规律由材料密度(${\rho}$)、比热(c)、热导率(k)和塞贝克系数(S)决定。 我们证明,界面处的能量耗散热量会引起材料温度的变化,从而产生静电势,这将引发界面间的热电荷。 我们发现,各种聚合物、金属、半导体甚至闪电云的摩擦电趋势和数量都简单地由摩擦电因子${\xi}=S/\sqrt{{\rho}ck}$控制。 摩擦电优值用摩擦电功率 K=${\xi}\sqrt{t/{\pi}}$表示,其差值在摩擦时间 t = 1 秒时可达到最大 1.2 V/W cm$^{-2}$。我们的发现将为微观理解与管理摩擦电或静电起电带来重要的机会。
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