接觸起電（CE）作為一種普遍的自然現象，可以在處于不同物理狀態（固體、液體和氣體）的任何材料之間發生。此前，有研究證實CE能以多種運動形式發生在壓電納米發電機（PENG）中，包括界面剪切摩擦、納米填料滑移、預先存在的靜電荷和接觸摩擦。接觸物體和壓電器件產生的摩擦電信號可能很強，從而使得壓電器件的輸出中含有較大比例的摩擦電成分。然而，以往很多工作忽略了這部分摩擦電信號的貢獻，將壓電器件的輸出視為單一的壓電信號，導致其性能可能被夸大。此前，由于缺乏可靠的方法來區分壓電信號和摩擦電信號，阻礙了人們揭示復合信號的起源過程，從而導致無法正確分析摩擦電信號的影響和評估壓電效應的真實貢獻。最終，壓電材料的性能可能得到錯誤評價。因此，開發一種從壓電信號中識別和提取壓電分量的方法對于定量評估壓電材料的性能尤為重要。

近日，清華大學深圳國際研究生院楊誠副教授與中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士合作，提出了一種從摩擦電-壓電復合信號中分離壓電信號的方法，實現了對壓電材料性能的準確評估。

研究人員以常見的商用PVDF壓電器件為模型對象，發現混合輸出中的摩擦電信號所占比例較大，對器件壓電性能的評估影響較大。該文創新地引入器件的受力-時間曲線作為解耦摩擦電信號和壓電信號的手段，可完整分離出壓電信號和摩擦電信號各自的分量。通過比較力-時間和電信號曲線發現，在器件與物體接觸前后，記錄的電信號屬于摩擦電貢獻，而相互接觸之后得到的電信號則歸因于壓電效應。此外，作者成功地從混合信號輸出中定量提取出了壓電電荷轉移并計算出有效壓電系數（d33），該結果與其他方法測量的結果一致。因此，通過引入器件的受力曲線，我們可以清晰地分離混合信號，且精度僅取決于力信號和電信號的分辨率。這項工作提供了一種在實際測量中闡明真實壓電性能的有效方法，這對于公平且正確地評估壓電材料至關重要。同時，該工作闡明了摩擦電信號和壓電信號的耦合方式，為科學地設計和分析摩擦電-壓電納米發電機提供了理論支撐。

圖1.SE-TENG和PENG同時存在于壓電器件的使用過程，但二者產生的信號在時間上存在差異

圖2.在壓縮測試中驗證SE-TENG

圖3.利用加載力信號區分單一摩擦電信號和單一壓電信號

圖4.PVDF基器件在負極化方向上產生的摩擦電-壓電混合輸出

圖5.通過從混合輸出中提取壓電電荷轉移來評估PVDF薄膜的壓電性能

該工作近期以“一種從接收到的‘壓電’信號中定量分離壓電分量的方法”（Amethodforquantitativelyseparatingthepiezoelectriccomponentfromtheas-received“Piezoelectric”signal）為題發表在《自然·通訊》（NatureCommunications）期刊上。

論文通訊作者為清華大學深圳國際研究生院材料研究院楊誠副教授和中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士，第一作者為清華大學深圳國際研究生院2018級材料工程碩士生陳超杰。論文作者還包括深圳國際研究生院2020級碩士趙世龍和博士后王方成、中國科學院北京納米能源與系統研究所潘曹峰研究員、香港中文大學訾云龍教授。該研究得到了國家自然科學基金委、廣東省珠江人才計劃、廣東省科技廳等單位的支持。