近日，北京工業大學材料學院、新型功能材料教育部重點實驗室侯育冬教授團隊，成功開發出一種具有優異發電特性和長時間服役穩定性的懸臂梁式柔性壓電能量收集器。相關研究成果發表于能源領域著名學術刊物Nano Energy（IF=13.14）上。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518305676

                           

隨著各類小型電子設備以及物聯網的快速發展，迫切需要開發高性能、輕量化，可持續性強的能量供應器件。在目前各種形式的能量收集器中，柔性壓電能量收集器依托優異的力學性能，良好的環境適應性以及突出的能量收集性能有望集成于個人電子設備以及無線傳感器中，持續進行能量供應。如何基于填料設計與結構優化在提升柔性壓電能量收集器發電功率的同時，保持長時間的工作穩定性是本方向的研究難點。

最近，侯育冬教授團隊率先開發出一種具有優異服役特性的極性納米棒填料織構化柔性壓電復合材料。在能量收集材料設計理論指導下，以熔鹽化學合成的具有單軸強極性的BaTi2O5納米棒為填料，聚偏氟乙烯PVDF為基體，通過熱壓取向工藝將BaTi2O5納米棒定向排列于聚合物基體中，構建出具有高換能系數的織構化柔性BaTi2O5/PVDF壓電復合材料。

研究發現，以該材料制作的懸臂梁式柔性壓電能量收集器，在嚴苛的振動條件下（10g加速度）表現出高能量密度27.4 μW/cm3。更為重要的是，即使經過長時間的振動周期循環（~330,000），柔性壓電能量收集器仍能保持其發電特性而不劣化。

此外，將BaTi2O5/PVDF基懸臂梁式柔性壓電能量收集器安裝在自行車上，可實現車載傳感器的自供電，表明其在實際環境中將低頻振動能轉化為電能的優異能量收集性能。

該研究為能量收集器及相關新能源材料設計提供了新的發展方向與思路，顯示了在柔性化、微型化電子裝備應用中的獨特優勢和巨大應用潛力。材料學院博士研究生付靖為第一作者，侯育冬教授為通訊作者。上述研究工作得到國家自然科學基金、北京市高水平創新團隊建設計劃和教育部重點實驗室開放基金等項目的資助。

來源：材料科學與工程