哈工程樊勇，北大付恩刚：梯度离子束精准调控柔性聚合物原子/分子结构，增强摩擦电效应

背景：随着可穿戴设备和柔性电子等分布式智能终端的发展，急需构建高适应性的高熵能源收集网络。摩擦纳米发电机（TENG）是潜在技术路径，但现有柔性起电材料存在电输出性能有限、环境稳定性不足、构效关系不明确等问题。研究目的：本研究旨在通过梯度离子束注入技术，在原子/分子层面精准调控柔性聚合物结构，以增强其摩擦电效应，提升TENG性能。结论：通过设计梯度剂量N离子束注入PET，实现了表面分子基团-酯基的断裂和含N化学键与极性基团的生成，增大了材料电偶极矩，增强了分子极性。DFT计算显示，改性后PET带隙由3.263 eV减小至1.926 eV，表面静电势增大（4.3哈特里），提高了电荷传输效率。制备的TENG器件输出电压、电流及表面电荷密度分别提升13倍、10倍和7倍，充电电压提升18倍，能量转换效率提升327.7倍，且经历36000次循环后性能稳定。该原子级制造策略为可穿戴设备、柔性电子等领域提供了新的改性理论。