无铅柔性钛酸铋- PDMS复合材料:一种多功能巨介电材料,用于压电-三波电混合纳米发电机,可持续供电便携式电子产品

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:35
文章英文标题
Lead-free flexible Bismuth Titanate-PDMS composites: A multifunctional colossal dielectric material for hybrid piezo-triboelectric nanogenerator to sustainably power portable electronics
正文
利用钛酸铋、Bi4Ti3O12 ( BiTO ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合薄膜的摩擦和压电效应,通过简单、经济的制备工艺,制备了一种多单元复合的压-摩擦纳米发电机。由混合氧化物路线合成的BiTO样品结晶为正交对称,结构数据的Rietveld精化证实了这一点。温度和频率依赖的介电谱解释了BiTO的巨介电性能,源于界面极化、跳跃极化和外电极效应的共同作用。巨介电BiTO导致内极化的放大,为HNG器件提供了增强的输出性能。因此,与单独的PDMS-BiTO复合基PENG和TENG器件相比,HNG器件在功率密度方面表现出多倍的提升。随后,借助3D打印结构和一个球,构建了由多单元HNG器件组成的新型器件结构,分别输出300  V和4.7  μA的电压和电流。最后,HNG装置被用于生物力学能量收集和供电各种电子,如LED、计算器和腕表。
文章内容(英文)
This study presents a multiunit hybrid piezo-triboelectric nanogenerator (HNG), utilizing both the triboelectric and piezoelectric effects, constructed from Bismuth Titanate, Bi 4 Ti 3 O 12 (BiTO)/polydimethylsiloxane (PDMS) composite films through a simple and cost-effective fabrication technique. The BiTO samples synthesized by a mixed oxide route crystallize in the orthorhombic symmetry, as confirmed by the Rietveld refinement of the structural data. The temperature- and frequency-dependent dielectric spectra elucidate the colossal dielectric properties of BiTO, originating from the combined effects of interfacial polarization, hopping polarization, and extrinsic electrode effect. The colossal dielectric BiTO leads to the amplification of internal polarization, providing enhanced output performance of the HNG device. As a result, the HNG devices exhibit multiple folds improvement in terms of power density compared to individual PDMS-BiTO composite-based PENG and TENG devices. Subsequently, a new design of device structure comprising a multiunit HNG device is constructed with the help of a 3D printed structure and a ball, delivering the voltage and current output of 300 V and 4.7 μA, respectively. Finally, the HNG device is utilized for biomechanical energy harvesting and powering various electronics like LEDs, a calculator, and a wristwatch.
来源出处
Journal|[J]Nano EnergyVolume 89, Issue PA. 2021.
谷歌学术影响力
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DOI
https://doi.org/10.1016/J.NANOEN.2021.106316

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