Tribotrónica

La tribotrónica trata sobre la investigación de la interacción entre la triboelectricidad y los semiconductores , que utiliza el potencial triboeléctrico para controlar el transporte y la transformación eléctrica en semiconductores para la detección de información y el control activo (info-tribotrónica), y utiliza semiconductores para gestionar la transferencia y conversión de energía triboeléctrica en circuitos para la gestión de energía y su utilización eficiente (potencia-tribotrónica). ^[1]

La tribotrónica se puede dividir en info-tribotrónica y potencia-tribotrónica. Los dispositivos tribotrónicos, como el transistor tribotrónico, ^[2] OLED con compuerta de contacto , ^[3] memoria táctil , ^[4] fotocélula mejorada por el viento, ^[5] diodo sintonizable deslizante, ^[6] matriz de detección táctil, ^{[7] [8]} transistor extensible ^[9] y transistor a nanoescala ^[10] han demostrado electrónica controlada por potencial triboeléctrico para detección de información y control activo, que pertenecen a la info-tribotrónica. Por otro lado, la potencia-tribotrónica puede demostrar potencia triboeléctrica manejable por electrónica para la gestión de energía y utilización eficiente, como el extractor de energía tribotrónica, ^[11] el módulo de gestión de energía, ^[12] y así sucesivamente.

Como unidad info-tribotrónica fundamental, se analiza el transistor de efecto de campo de electrificación de contacto (CE-FET) compuesto por un transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET) sin electrodo de compuerta superior y una capa móvil. ^[13] A diferencia del MOSFET convencional, la fuente de voltaje de compuerta aplicada externamente se reemplaza por la capa móvil, que puede contactar verticalmente y separarse de la capa aislante por la fuerza externa. Cuando la película de etileno propileno fluorado (FEP) entra en contacto con la capa aislante, el SiO2 _tiene cargas positivas mientras que el FEP tiene cargas negativas. Cuando la capa móvil se separa gradualmente, se genera un voltaje de compuerta interno positivo para el MOSFET. Por lo tanto, se formará una zona de agotamiento, que disminuirá el ancho del canal y, por lo tanto, la corriente de drenaje. El CE-FET puede considerarse como el acoplamiento del MOSFET y TENG, en el que se puede generar el voltaje de compuerta interno y el transporte de portadores entre el drenaje y la fuente se puede ajustar/controlar mediante el contacto externo en lugar del voltaje de compuerta convencional.

Para comprender la energía máxima potencial de TENG y desarrollar la estrategia de administración de energía, primero se elaboran los ciclos para la salida de energía maximizada de TENG (CMEO). La energía de salida de TENG en un ciclo E se puede expresar en un diagrama UQ y calcular como el área encerrada en un círculo del bucle cerrado, donde U es el voltaje acumulado y Q es la carga transferida. Mientras tanto, el área encerrada en un círculo se puede ampliar para CMEO utilizando un interruptor secuencial. Aunque la energía podría liberarse al máximo a la resistencia, el voltaje sigue siendo un alto voltaje de pulso que no es suficiente para alimentar directamente la electrónica. Por lo tanto, el alto voltaje de pulso debe convertirse en un voltaje de CC bajo y constante, en el que se integra un convertidor reductor CC-CC clásico para formar un circuito de conversión reductor CA-CC. El convertidor reductor CC-CC está compuesto por un diodo de rueda libre en paralelo, un inductor en serie y un condensador en paralelo que están conectados en secuencia entre el interruptor y la resistencia.