【科技自立自强】西安交大科研团队在压电能量搜集范畴获得重要开展

  跟着可穿戴电子设备和物联网传感器的继续不断的开展，关于细小能量搜集技能的需求也在飞速添加。压电能量搜集器以其高能量转化功率和杰出耐用性，在很多处理方案中锋芒毕露，成为了研讨的热门。压电能量搜集器的中心价值在于可以将机械能转化为电能，为微型化设备供给自给自足的电源。传统的无机压电资料如钛酸钡（BaTiO）和锆钛酸铅（PZT）虽具有十分超卓的压电功用，但其硬而脆的力学性质约束了它们在柔性设备上的使用。相比之下，柔性有机压电资料如聚偏氟乙烯（PVDF）尽管具有杰出的柔性和生物相容性，但其较低的压电系数影响了能量转化功率。因而，怎么构建出用于压电纳米发电机的新式柔性复合资料系统，既能坚持高效能量搜集，且兼具优异柔性力学特性，仍是亟待处理的难题。

  图1(a)层状三明治结构PVDF-TrFE/BTO/PVDF-TrFE压电能量搜集薄膜示意图，右侧为实物图；(b)三明治结构复合薄膜的截面SEM图；(c)不同复合结构在曲折形式下发电功用比照；(d)三明治结构复合薄膜输出功率密度和输出电压与负载电阻的联系；(e)三明治结构复合薄膜在上手指穿戴曲折图。

  为处理这一问题，西安交通大学电子科学与工程学院刘明教授团队提出了新方案，研制了一种新式压电纳米发电复合薄膜的构筑办法。采用了水溶献身层技能和热压转印工艺，将自支撑BaTiO3单晶薄膜与聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（PVDF-TrFE）复合，构成三明治结构，该结构在挠曲电效应和压电效应的协同效果下展示出了优异的能量搜集功用。这一研讨成果是根据团队初次发现自支撑铁电单晶氧化物薄膜的超柔-超弹性研讨，自支撑BaTiO3单晶薄膜的超柔-超弹性使其在曲折状态下仍坚持优异的挠曲电和压电特性。在曲折形式下，该复合薄膜构成的压电能量搜集器发生的电压高达15.1V，电流到达2.39μA，功率密度为17.33μW/cm2，这一功用相较于纯PVDF-TrFE提高了8.8倍。耐久性测验标明，经过2000次的曲折循环后，该设备仍能保持大约15V的安稳输出，有望为可穿戴设备供给长时间安稳的电力来历。该复合结构的成功构筑，为开发根据自支撑功用氧化物薄膜资料的柔性信息存储、智能传感、光电勘探等新式柔性功用器材的研制供给新思路。

  该研讨成果以《自支撑单晶钛酸钡薄膜和偏氯乙烯-三氟乙烯的复合高功用压电能量搜集器》（Enhanced Piezoelectric Energy Harvester by Employing Freestanding Single-crystal BaTiO3Films in PVDF-TrFE Based Composites）为题在世界闻名学术期刊《先进功用资料（Advanced Functional Materials）》（IF=19.0）宣布。西安交通大学电子科学与工程学院博士生彭若波和张步同为一起榜首作者，通讯作者为刘明教授和董国华特聘研讨员。该研讨成果的宣布，推动了自支撑铁电单晶氧化物薄膜在柔性电子范畴的使用，不只证明了资料立异和结构设计在提高器材功用方面的巨大潜力，也为开发新式柔性电子器材供给了新思路。

  该研讨工作得到了国家自然科学基金和国家重点研制方案等项目赞助。论文的表征及测验得到了西安交通大学剖析测验同享中心的支撑。

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