压电复合材料

高效地将机械能转化为电能的柔性压电能量采集器在低功耗可穿戴电子和自供电传感器中具有巨大的应用潜力，因而得到了广泛的研究。然而，电流输出低、抗热疲劳性能差严重制约了其实际应用。这里，我们提出了一种通过设计传输路径同时提高柔性压电复合材料( PCs )电流密度和热导率的新策略。首次报道了一种新型共链结构的高质量( Ba0.85Ca0.15 ) ( Ti0.90Zr0.10 ) O3 /铜纳米棒/聚二甲基硅氧烷( BCZT / Cu NRs / PDMS ) PCs。在PDMS基体中，BCZT颗粒和Cu NR在同一链上排列，形成了诱导电荷转移和散热的有效传递路径，从而导致超高的电流密度( 4.7μA / cm2 )和热导率( 0.31 W / ( m·K ) )，在共链PC中实现了更快的充电速度和显著的疲劳稳定性。我们的工作有望为多种复合材料在柔性能量收集领域同时提高电流密度和散热提供一个潜在的解决方案。

柔性压电能量收集器由于能够将与弯曲相关的应变能转换为电能用于低功耗可穿戴电子设备，近年来受到了广泛关注。与0 - 3型压电复合材料相比，基于三维互联陶瓷骨架的柔性压电能量采集器具有较高的应力传递能力和较高的压电系数，因而受到广泛关注。本文采用冷冻铸造法制备了三维连通多孔锆钛酸钡钙( BCZT )柱基结构，将聚二甲基硅氧烷( PDMS )浸渍到定向孔道中形成柔性压电俘能器。详细研究了孔隙率对压电系数、铁电性能和能量收集性能的影响。压电系数和能量收集图的优点显著增强，因为存在一个排列的孔隙结构，导致高的应力转移到压电相。高度取向的孔隙率导致了聚合物60   vol %的压电复合材料的产生，其输出电压为30.2   V，电流为13.8  μA。而且峰值功率密度可达96.2  μW   cm-2，明显高于纳米颗粒基压电复合材料。该工作展示了柔性压电复合材料在能量收集方面的应用前景。