抑制接触起电中热电子发射，实现摩擦纳米发电机工作温度的提升与发电业务拓展

摩擦纳米发电机（TENG）作为一种高效的能量收集技术，已广泛应用于自供电传感、物联网设备和可再生能源等领域。传统TENG在高温环境下的性能往往会显著衰减，这限制了其在高温工业场景（如发动机监测、冶炼厂或深井勘探）中的应用。性能衰减的一个关键机制，是接触起电过程中热电子发射效应的加剧。

热电子发射是指材料在高温下，内部电子获得足够热能，克服材料表面势垒而逸出的现象。在TENG的接触-分离循环中，高温会极大地促进这种效应。当两种不同材料接触时，高温诱导的热电子发射会干扰甚至逆转正常的电荷转移过程，导致界面电荷密度降低、电荷耗散加速，从而使TENG的输出电压和电流急剧下降，发电效率大打折扣。

因此，抑制接触起电过程中的热电子发射，成为提升TENG工作温度上限、拓展其应用边界的核心科学问题与技术关键。

抑制策略与材料创新
为实现这一目标，研究人员主要从材料工程和界面设计两方面入手：

1. 选用高功函数或高热稳定性的材料：选择功函数高、电子逸出功大的材料作为摩擦层，可以有效提高热电子发射的能量门槛。例如，采用经过改性的高温聚合物（如聚酰亚胺PI、聚醚醚酮PEEK）或陶瓷复合材料，替代常见的聚四氟乙烯（PTFE）或聚酰胺（PA）。
2. 构建界面势垒与电荷陷阱：在摩擦层表面引入纳米结构或功能涂层（如氧化铝、氮化硼等宽禁带介质层），可以形成额外的能量势垒，束缚住高能电子，防止其因热激发而逃逸。这些结构可以作为深能级电荷陷阱，将转移的电荷更牢固地锁定在界面。
3. 优化器件结构与散热设计：通过设计具有高效散热通道的器件结构（如采用导热填料复合材料、集成微型散热片），可以快速导出摩擦界面产生的焦耳热和摩擦热，从物理上降低界面实际工作温度，间接抑制热电子发射的激活。

对发电业务的意义与拓展
成功抑制热电子发射、提升TENG的工作温度，对其发电业务具有革命性意义：

1. 开辟高温工业能源市场：TENG将能稳定应用于汽车发动机舱温度监测、燃气轮机状态感知、钢铁冶炼过程监控等高温场景，从环境中收集废热与机械能，为无线传感器网络持续供电，实现预测性维护，降低能耗与事故风险。
2. 增强极端环境适应性：提升其在深地钻探、航空航天发动机测试、火山或地热活动监测等极端高温环境下的可靠性，为在人力难以企及之处部署自供电监测系统提供了可能。
3. 提升发电效率与稳定性：即使在常温或变温环境中，抑制热电子发射也有助于减少电荷耗散，提高TENG的电荷保持率和长期输出稳定性，从而提升其整体发电效率和设备使用寿命。
4. 推动技术融合与创新：高温稳定的TENG可与热电发电机等技术结合，形成复合能量收集系统，更高效地综合利用环境中的热能和机械能，拓宽分布式微能源的业务模式。

结论
总而言之，通过材料科学、界面物理和器件工程的协同创新，抑制接触起电中的热电子发射效应，是打破摩擦纳米发电机温度瓶颈的关键。这不仅是一项重要的基础研究突破，更将直接推动TENG发电业务从常温常规场景，向高温、极端工业等广阔蓝海市场纵深拓展，为构建高鲁棒性的自驱动系统和实现“双碳”目标下的能源高效利用贡献关键技术力量。