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科研进展

《Nano Energy》刊登国世上教授课题组可穿戴能量收集器研究新进展

来源:  发布时间:2019-08-23 09:39:49 点击次数:

近期,我院国世上教授课题组和武汉大学工业科学研究院孙成亮教授课题组合作,提出将三维叉指电极用于可穿戴压电能量收集器中,显著提高了基于有序P(VDF-TrFE)压电纳米纤维能量收集器的输出性能,这一成果已在国际著名刊物《Nano Energy》(纳米能源)上发表,论文题为“Enhanced performance of piezoelectric nanogenerator based on aligned nanofibers and three-dimensional interdigital electrodes”。武汉大学快三在线投注平台为论文第一署名单位,我院博士生张玲玲为第一作者,国世上教授和孙成亮教授为共同通讯作者。

    21世纪以来,方便可携带的电子产品备受青睐,例如笔记本电脑、手机、可穿戴电子产品以及便携式检测仪等等。而传统的电池不仅笨重,而且硬度大,难以满足电子产品的小型化和舒适度。与此同时,随着物联网(IoT)的发展,微型传感器被大规模地应用于电子产品中,如果能够给这些数以万计的小元件持续供电,则用户再也不用担心充电问题。目前,基于正压电效应的能量收集器被广泛关注,它能直接从环境中收集能量并给电子产品供电。

    铁电共聚物P(VDF-TrFE)不仅具有较高的压电系数,而且质地柔软、抗辐照能力强、耐腐蚀以及生物兼容性好,因此该材料很适合用于可穿戴器件中。然而,基于该材料体系制备的压电能量收集器的发电功率相对较低,为了提升器件的机电转换性能,研究团队首次将有序P(VDF-TrFE)纳米纤维与三维的叉指电极结构相结合,同时提升了压电能量收集器的输出电压值和短路电流值。相比于传统的上下电极结构,该三维叉指电极结构不仅能增加与压电纤维的接触面积,使得更多的感应电荷被提取出来;而且在同样的外力作用下,三维电极结构能增大纳米纤维的形变程度,从而提高了器件的输出电压。将该器件直接穿戴于鞋子中,通过外连一个整流电路,脚部运动的机械能可直接转化为电能,即人体的运动可直接给用电器供电。值得注意的是,该电能可随时随地获取,用户再也不用担心充电问题,因此该器件有望应用于低功耗的可穿戴自供电设备中。

 我院国世上教授课题组将银纳米线和聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜结合,还制备了有望用于可穿戴领域的高电导率透明电极。相关工作已在材料学术期刊《Advanced Materials Technologies》(先进材料技术)上发表。

上述工作得到了国家重大仪器专项、深圳市科技计划项目的支持。

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