研究背景：
基于半导体材料的新型能量收集技术是被认为是缓解能源短缺问题的有效解决方案。其中，摩擦伏特纳米发电机（TVNG）作为一种耦合了半导体物理效应和接触起电现象的新技术，因其直接输出直流电、低阻抗和结构设计简单等独特优势而备受关注，在智能可穿戴、自供电传感及物联网系统等前沿应用领域潜力巨大。然而，TVNG仍在功率转换效率和电压输出方面存在局限，其主要受电荷载流子动力学的影响(主要涉及到半导体材料中的电荷生成、传输、提取等动态过程)。因此，如何调节电荷载流子动力学，特别是实现电荷产生、传输和提取之间的动态平衡，对高性能TVNG的设计及其多元化应用至关重要。
研究成果：
近日，浙江理工大学熊杰教授团队聚焦于半导体TVNG的载流子动力学研究，系统阐述了近年来在调控电荷生成、传输、提取以最大化TVNG性能的创新策略研究进展。相关研究成果以“Advanced strategies for modulating charge carrier dynamics in semiconductor tribovoltaic nanogenerator”为题发表在国际顶尖期刊Materials Today（IF:22）上。2024级服装设计与工程硕士研究生陈嘉豪为第一作者，23级本科生汤志烨为第二作者，尹鑫特聘副教授和熊杰教授为通讯作者。该工作得到了浙江省自然科学基金、浙江理工大学人才启动资金等项目支持。
文章要点
本文全面综述了近年来在半导体TVNG器件载流子动力学调控策略方面的研究进展与关键突破。首先，详细梳理了半导体器件中涉及的复杂动力学行为，包括电荷生成、传输、提取和复合等过程，系统探讨了这些载流子动力学行为与摩擦伏特效应机制、TVNG器件性能之间的构效关系（图1，2）.在此基础上，本综述进一步回顾了用于优化电荷载流子生成（如材料选择、表面化学修饰等）、传输过程（如掺杂、界面插层、电场调控等）和提取（如界面缺陷钝化、构筑背表面场等）的多样化策略，全面呈现了电荷载流子动力学调控在高性能、多功能TVNG设计研究上的研究突破和整体格局（图3，4）。此外，本文也深入剖析了当前研究领域所面临的挑战与未来趋势，对推动新一代半导体能量收集技术的发展和创新具有重要的学术价值和指导意义。
图1：调控TVNG中电荷载流子动力学的各种先进策略的总述。
图2：TVNG的工作原理及其电荷动态过程。
图3：材料选择策略以调控电荷产生。包括a）单晶硅，b）二维材料，c）铁电材料，d）氧化物，e，f）有机半导体。
图4：掺杂策略以调控电荷传输。包括a-b）元素掺杂，c）二次掺杂，d）分子掺杂。
论文链接：
//doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.009
作者介绍：
陈嘉豪，浙江理工大学服装学院2024级服装设计与工程硕士研究生，本科毕业于青岛大学纺织服装学院服装设计与工程专业。主要研究方向：功能纳米纤维的制备及其能量收集应用、自供能柔性器件。以第一作者在Materials Today发表SCI论文一篇。
汤志烨，浙江理工大学色情论坛-免费成人论坛
2023级本科生，本文第二作者。主要研究方向：静电纺纳米纤维的制备及其柔性能源器件应用。
尹鑫，浙江理工大学色情论坛-免费成人论坛
特聘副教授，硕士生导师，主要研究领域：可持续能量收集技术与转换;微纳纤维的设计和柔性可穿戴应用研究;智能纺织品。近年来在Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Mater. Today, ACS Nano, Chem. Eng. J.等期刊发表论文30余篇，授权国家发明专利2项，主持浙江省自然科学基金、人才启动基金等多项项目。担任Exploration, Battery Energy, Carbon Neutralization, EcoEnergy等多个期刊的青年编委。
熊杰，浙江理工大学色情论坛-免费成人论坛
教授，博士生导师。中国复合材料学会荣誉理事，中国复合材料学会超细纤维分会副主任委员，2001年入选浙江省中青年学科带头人，2004年入选浙江省“151人才工程”。近年来，作为项目主持人已完成973计划前期研究专项课题、国家自然科学基金、教育部科学技术研究重点项目、浙江省自然科学基金重点项目、浙江省经信厅和浙江省科技厅等20多项省部级及以上科研项目的研究工作。以第一作者和通信作者已在国内外核心学术刊物上发表论文300多篇，其中SCI收录近200篇，以第一完成人获2019年浙江省自然科学奖三等奖一项。主要研究方向：柔性电池及其在可穿戴设备中的应用；纳米纤维与纳米复合材料制备及应用；纤维及其集合体制备、结构与性能；织物风格与服装舒适性。
