能量收集

压电纳米发电机( NGs )由氧化锌纳米棒( ZNRs )组成，聚二甲基硅氧烷( PDMS )层在铟锡氧化物( ITO )涂层基底上制备，用于能量收集系统。通过优化的水溶液法形成种子层，极大地帮助NGs生长取向良好的ZNRs。加入聚乙烯亚胺( PEI )可提高ZNRs的长径比，达到24∶1，表现出NGs最佳的能量收集性能。ZNRs上PDMS层的形成增加了顶层Ag电极的功函数差。PDMS层的厚度优化为80μm，表现出最大的功函数差异，导致电荷密度的增强。由最高长径比为24：1的ZNRs和80μm厚的PDMS层构成的压电NGs获得了最高的电流密度2270.1nA / cm2，足以驱动低功耗电子。

寻找一种新的、可持续的、可扩展的方法来制造高性能、耐用的摩擦电纳米发电机( TENGs )是一个正在进行的追求。本研究采用表面约束超临界二氧化碳( scCO2 )发泡法制备无皮多孔热塑性聚氨酯( TPU )薄膜，作为一种新型的摩擦摩擦材料。无皮多孔结构使输出电压和电流分别提高了340 %和460 %。当凹形结构多孔TPU薄膜与凸形结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )薄膜通过构建互补接触状态配对时，性能进一步增强40 %以上。优化后的TENG输出电压为260   V，电流为46  μA，在3.3  × 10 6Ω外负载上获得了4.6   W / m2的高功率密度，能够点亮LED、充电电容和功率小电子。TPU和PDMS的高超柔韧性和健壮性使TENG具有优异的稳定性和耐久性，并能作为一种多功能的自供电传感器，能够检测冲击力、各种变形和监测人类行走行为。该工作为制备高性能TENGs摩擦电多孔膜提供了一种高效、可扩展的绿色方法，并为合理设计形状互补的摩擦层以提高能量输出提供了思路。

可穿戴电子技术的快速发展对供电设备提出了挑战。本文报道了一种可同时实现人体运动感知和生物力学能量采集的柔性单电极摩擦电纳米发电机( SE-TENG )。SE-TENG是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体内互穿Ag包复聚对苯二甲酸乙二醇酯( PET )纳米纤维制备的。Ag涂层和PDMS分别作为SE-TENG的电极和介质材料。镀银PET纳米纤维增大了电极表面积，有利于提高传感灵敏度。柔性SE-TENG传感器具有输出开路电压高达50   V、短路电流高达200 nA的交变电信号的能力，响应外施压力。它用于感知人体各种类型的运动，从人体运动中收获电能。收获的能量可以成功地为可穿戴电子供电，如电子表和发光二极管。因此，制备的具有压力响应和自供电能力的SE-TENG传感器在可穿戴式传感器或柔性电子领域为个人医疗和人机界面提供了潜在的应用。\n在聚二甲基硅氧烷弹性体内互穿Ag包复纳米纤维，制备了柔性单电极摩擦电纳米发电机( SE-TENG )。SE-TENG表现出采集生物力学能量和产生电能的能力，使传感器能够感知人体运动或作为可穿戴电源。收集到的能量可以储存在商业电容器中，为LED和电子手表供电。

在汽车技术世界中，大量的小规模转动能量被浪费，没有转化为可用的能量形式。旋转式摩擦电纳米发电机可以是一种很有发展前途的技术来收集这种浪费的机械能并将其转化为电能。在这方面，我们开发了一种全三维( 3D )印刷的双向旋转混合纳米发电机( BR-HNG )，通过接触和分离模式机制将废弃的旋转能转化为电能。最初，采用多孔铌酸钠和聚二甲基硅氧烷聚合物(即NaNbO3 / PDMS )复合薄膜制备单个HNG，垂直对铝操作，以优化高稳定的电输出。在对单个HNG进行鲁棒性和稳定性测试后，将多个HNG集成到3D打印的双向旋转框架中，采集旋转能量。观察到，BR-HNG具有稳定、高的电气直流电压37.5   V，而且在日常生活中骑车时，BR-HNG被附着在自行车上以获取转动能量，为各种便携式电子产品供电。

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。