互聯(lián)網(wǎng)新聞信息許可證服務(wù)編號:61120190002
陜西互聯(lián)網(wǎng)違法和不良信息舉報電話:029-63907152
互聯(lián)網(wǎng)新聞信息許可證服務(wù)編號:61120190002
陜西互聯(lián)網(wǎng)違法和不良信息舉報電話:029-63907152
2024-03-26 15:56:42 來源:陽光網(wǎng)-陽光報
分享到陽光訊(記者 鄭亞雷)隨著可穿戴電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器的不斷發(fā)展,對于微小能量采集技術(shù)的需求也在急劇增加。壓電能量收集器以其高能量轉(zhuǎn)換效率和良好耐用性,在眾多解決方案中脫穎而出,成為了研究的熱點。壓電能量收集器的核心價值在于能夠?qū)C械能轉(zhuǎn)換為電能,為微型化設(shè)備提供自給自足的電源。傳統(tǒng)的無機壓電材料如鈦酸鋇(BaTiO3)和鋯鈦酸鉛(PZT)雖具有出色的壓電性能,但其硬而脆的力學(xué)性質(zhì)限制了它們在柔性設(shè)備上的應(yīng)用。相比之下,柔性有機壓電材料如聚偏氟乙烯(PVDF)雖然具備良好的柔性和生物相容性,但其較低的壓電系數(shù)影響了能量轉(zhuǎn)換效率。因此,如何構(gòu)建出用于壓電納米發(fā)電機的新型柔性復(fù)合材料體系,既能保持高效能量收集,且兼具優(yōu)異柔性力學(xué)特性,仍是亟待解決的難題。
為解決這一問題,西安交通大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院劉明教授團隊提出了新方案,研發(fā)了一種新型壓電納米發(fā)電復(fù)合薄膜的構(gòu)筑方法。采用了水溶犧牲層技術(shù)和熱壓轉(zhuǎn)印工藝,將自支撐BaTiO3單晶薄膜與聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)復(fù)合,形成三明治結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在撓曲電效應(yīng)和壓電效應(yīng)的協(xié)同作用下展現(xiàn)出了優(yōu)異的能量收集性能。這一研究成果是基于團隊首次發(fā)現(xiàn)自支撐鐵電單晶氧化物薄膜的超柔-超彈性研究,自支撐BaTiO3單晶薄膜的超柔-超彈性使其在彎曲狀態(tài)下仍保持優(yōu)異的撓曲電和壓電特性。在彎曲模式下,該復(fù)合薄膜形成的壓電能量收集器產(chǎn)生的電壓高達15.1V,電流達到2.39μA,功率密度為17.33μW/cm2,這一性能相較于純PVDF-TrFE提高了8.8倍。耐久性測試表明,經(jīng)過2000次的彎曲循環(huán)后,該設(shè)備仍能維持大約15V的穩(wěn)定輸出,有望為可穿戴設(shè)備提供長期穩(wěn)定的電力來源。該復(fù)合結(jié)構(gòu)的成功構(gòu)筑,為開發(fā)基于自支撐功能氧化物薄膜材料的柔性信息存儲、智能傳感、光電探測等新型柔性功能器件的研發(fā)提供新思路。
該研究成果以《自支撐單晶鈦酸鋇薄膜和偏氯乙烯-三氟乙烯的復(fù)合高性能壓電能量收集器》(Enhanced Piezoelectric Energy Harvester by Employing Freestanding Single-crystal BaTiO3Films in PVDF-TrFE Based Composites)為題在國際著名學(xué)術(shù)期刊《先進功能材料(Advanced Functional Materials)》(IF=19.0)發(fā)表。西安交通大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士生彭若波和張步同為共同第一作者,通訊作者為劉明教授和董國華特聘研究員。該研究成果的發(fā)表,推動了自支撐鐵電單晶氧化物薄膜在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用,不僅證實了材料創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)設(shè)計在提升器件性能方面的巨大潛力,也為開發(fā)新型柔性電子器件提供了新思路。
該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等項目資助。論文的表征及測試得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
主站蜘蛛池模板: 临清市| 沈阳市| 元朗区| 呈贡县| 中西区| 淮安市| 故城县| 靖江市| 七台河市| 临颍县| 汉川市| 东阳市| 贡山| 铅山县| 千阳县| 乌海市| 吴江市| 三河市| 富民县| 九龙城区| 年辖:市辖区| 娱乐| 嘉善县| 吴川市| 峡江县| 高邑县| 汉阴县| 商洛市| 吉木乃县| 富川| 大石桥市| 兴和县| 莒南县| 蒙阴县| 黔江区| 丁青县| 咸阳市| 凉城县| 香格里拉县| 阳谷县| 景谷|