跟着物联网的快速成长，亟需年夜量的传感器和微电子装备来撑持这一重大的消息收集，同时，对挪动装备供电系统中的电池与能量搜集手艺的需求也一日千里。磨擦纳米发机电（Triboelectric nanogenerator,TENG）自2012年问世以来，凭仗其通用性、低本钱和高效力，逐步成为能量搜集范畴的支流手艺。TENG的焦点要素是磨擦纳米材料，可是，现有的磨擦纳米材料的界面传输电荷能力不足，极年夜地限制了其利用。是以，当前研究的重点是若何经由过程材料概况改性，提高其界面传输电荷能力。凡是，材料概况改性工作年夜多集中在界面刻蚀与压印等标的目的，经由过程界面的微纳米阵列布局来增添有用接触面积，进而增添接触起电发生的电荷密度。但是，界面微纳米布局在延续磨擦进程中的不变性一向备受挑战，研究者们一向在寻觅新的更有用的界面调控方式去提高其起电机能。

北京年夜学物理学院、核物理与核手艺国度重点尝试室付恩刚传授课题组与北京纳米能源所陈翔宇研究员和王中林研究员课题组，初次将载能离子束与磨擦纳米材料相连系，提出了经由过程低能高密度氦离子的辐照来调控聚合物的磨擦电概况电荷密度的策略和方式，并成功地取得了超强正电性起电材料。这项研究操纵离子束辐照手艺，经由过程核能损和电子能损等能量传输来改变材料的份子布局。离子注入发生的弹性和非弹性碰撞会致使聚合物中年夜份子的能量到达化学键能垒，使响应化学键断裂，化学键断裂发生的年夜量自在基与断键再连系，从头摆列构成新的化学键和新的官能团，从而年夜幅度提高材料的起电机能。

同时，他们对离子辐照引发的分歧聚合物的化学布局的转变进行了系统的研究，深切领会并揭露了分歧化学基团与电学机能之间的彼此感化纪律和机理：初次发觉供电子基团与吸电子基团这两种官能团对磨擦起电进程的传输电荷密度有侧重要的影响；初次发觉未辐照的聚酰亚胺凡是是得电子型的磨擦起电材料，离子辐照后的聚酰亚胺（Kapton）薄膜能够在其概况生成一种具有共轭效应的强掉电子官能团，从而成为掉电子型的磨擦起电材料，即其起电机能有了反转性的改变。同时，离子辐照不但使其发生了很是奇异的电性改变的转变，并且，当它与经常使用的正电性材料，例如尼龙、碳薄片、食物级耐油丁腈橡胶等配对时，因为具有超强的给电子能力，仍然表示出超强的正电性。另外，除超强正电性以外，辐照改性后的这类材料在TENG器件中也表示出一些史无前例的优良特征，例如高的概况电荷密度（332μC/ m-2）和超卓的不变性。

离子束辐照改性高份子材料机理与电学机能：(a)离子束辐照材料示企图；(b)辐照引发Kapton材料化学布局产生旧键断裂与新键构成，并发生电子给体基团-酰胺基的示企图；(c)辐照前后材料的概况布局的透射电子显微镜(TEM)和能谱(EDS)图；(d)对照注解，材料经恰当离子辐照剂量后有用电荷传输密度显著提高

剂量为1×1016ions/cm2的He离子辐照后的Kapton样品的电学特征：(a)作为正极材料与常规的正极材料组合后的的电压Voc；(b)峰值功率对电阻的依靠性；(c)器件在分歧电容时的充电电压曲线；(d) 与FEP材料组合后能够点亮十个LED灯；(e) 在60天内连结杰出的不变性

这项研究工作冲破了概况布局改性的保守思绪，另辟门路，经由过程在份子标准上对起电材料的非凡官能团进行特定设想，进而显著提高宏不雅的起电机能，并揭露了其起机电理，为新型起电材料的设想和成长，供给了全新的策略和方式，带来了冲破性进展。另外，该研究获得的超正起电材料因为其具有杰出的柔性和绝缘性，决议了它在TENG器件和微纳发机电中具有普遍的利用前景。别的，该研究经由过程离子辐照引诱聚合物的自在基和化学键来晋升接触带电的概况状况，改变份子的电子连系能从而改变其电学机能。这类官能团调控机理也为保守的离子束辐照手艺斥地了新的利用标的目的和范畴。能够预期，将来会呈现浩繁离子辐照调控的具有分歧优良机能的高份子材料，办事在新能源和其它有特种机能需求的范畴。

这项工作近期以“Manipulating the triboelectric surface charge density of polymers by low-energy helium ion irradiation/implantation”为题在线颁发在国际能源范畴顶级期刊Energy & Environmental Science。博士生李书瑶和樊勇为该工作的配合第一作者，付恩刚、陈翔宇和王中林为论文的配合通信作者。该工作获得国度天然科学基金项目、国度根本研究打算、国度重点研发打算、国度磁束缚核聚变能研究专项、国度青年人材项目、北京年夜学核物理与核手艺国度重点尝试室、北京年夜学核手艺利用尝试室的帮助和撑持。