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基于纤维素/钛酸钡气凝胶纸的柔性压电纳米发电机及其与摩擦电的电耦合
摘要： 具有高输出性能的柔性压电纳米发电机（PENGs）是能量收集领域的理想选择。将摩擦纳米发电机（TENGs）与PENGs耦合是提升输出性能的可行方法，但复杂结构和操作技能要求限制了混合纳米发电机的发展。本研究基于再生纤维素/钛酸钡（C/BT）气凝胶纸-聚二甲基硅氧烷（PDMS）纳米复合材料，开发出柔性高性能PENGs。得益于四方相BT纳米粒子的高负载均匀分散及纳米复合材料杨氏模量的增强，该PENGs在外部机械冲击下可产生15.5V最大电压和11.8μW最大功率。通过引入单电极TENG，设计制备出创新性混合纳米发电机，将不同机械能收集技术集成于单一器件。当PENG沿特定方向极化时，正耦合效应可使混合纳米发电机的输出电压和功率分别高效提升至48V和85μW。本研究为开发结构简单、高柔韧性且易操作的高输出混合纳米发电机提供了新思路。
关键词： 纳米复合材料、钛酸钡纳米颗粒、纤维素、压电性、混合纳米发电机、摩擦电性
更新于2025-09-23 15:23:52
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有机/无机纳米结构材料在混合纳米发电机中的集成，通过相互性能增强实现了高效的能量收集。
摘要： 最新研究表明，混合能量收集装置能高效转化无处不在但大多未被利用的环境能源（如机械能、化学能、热能、太阳能）为可用电能，从而为新一代自供电电子系统提供潜在支持。本文提出一种基于垫片基板的有机/无机混合纳米发电机，其整合了分别基于无机p-n结ZnO纳米结构（压电组件）和纳米结构有机聚四氟乙烯（PTFE）薄膜（摩擦电组件）的两种功能单元。该设计中各组件可独立或协同运行，且在协同工作时性能相互增强，能在单次按压释放循环中实现更高效的机械能-电能转换。当受到25Hz频率、1G加速度外力触发时，压电纳米发电机（PENG）组件的峰峰值输出电压达34.8V（约为单独运行时的3倍）；同条件下摩擦电纳米发电机（TENG）组件的峰峰值输出电压为356V（高于其单独运行时的初始输出280V）。该混合配置纳米发电器件可产生平均峰值输出电压186V、电流密度10.02μA/cm2及平均峰值功率密度1.864mW/cm2。实测显示：置于腕带式健身追踪器下方时，该器件能通过正常手部运动产生约160V的平均峰峰值电压；置于步行者鞋内时则可通过人体行走产生约580V电压。实验已证明该装置可在数秒内将商用电容器充电至数伏电压。
关键词： 纳米板、能量收集、混合纳米发电机、纳米线、压电性、摩擦电性
更新于2025-09-23 15:23:52