硫系钙钛矿薄膜受压或受压时会产生电能

　　

　　

　　想象一下，轮胎可以在车辆行驶时充电，路灯可以通过车辆的隆隆声供电，或者摩天大楼可以在建筑物晃动时发电。

　　伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员正在开发一种环保材料，这种材料在被压缩或暴露在振动下时会产生电力，这使得这些能源创新成为可能。

　　在最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，研究小组开发了一种注入特殊硫系钙钛矿化合物的聚合物薄膜，这种化合物在受到挤压或压力时能产生电能，这种现象被称为压电效应。

　　虽然目前存在其他压电材料，但这是少数几种不含铅的高性能压电材料之一，使其成为机器、基础设施和生物医学应用的绝佳候选者。

　　“我们对我们的发现及其支持向绿色能源过渡的潜力感到兴奋和鼓舞，”Nikhil Koratkar博士说，他是该研究的通讯作者，也是机械，航空航天和核工程系的John A. Clark和Edward T. Crossan教授。

　　“铅是有毒的，越来越多的材料和设备被限制和淘汰。我们的目标是创造一种无铅材料，并且可以使用自然界中常见的元素以低成本制造。”

　　Koratkar解释说，这种能量收集膜只有0.3毫米厚，可以集成到各种各样的设备、机器和结构中。

　　“从本质上讲，这种材料将机械能转化为电能——施加的压力越大，施加压力的表面积越大，效果就越大，”科拉特卡尔说。“例如，它可以用在高速公路下面，当汽车驶过时产生电力。它也可以用于建筑材料，当建筑物振动时产生电力。”

　　压电效应发生在结构不对称的材料中。在应力作用下，压电材料会发生变形，导致材料内部的正离子和负离子分离。这种科学上被称为“偶极矩”的现象可以被利用并转化为电流。

　　在RPI团队发现的硫系钙钛矿材料中，结构对称性在压力下很容易被打破，导致明显的压电响应。

　　一旦他们合成了这种含有钡、锆和硫的新材料，研究人员就会通过让它进行各种身体运动，比如走路、跑步、拍手和轻敲手指，来测试它的发电能力。

　　研究人员发现，在这些实验中，这种材料产生了电能，甚至足以为显示RPI的LED供电。

　　“这些测试表明，这项技术可能是有用的，例如，在跑步者或骑自行车者佩戴的设备中，可以照亮他们的鞋子或头盔，使他们更显眼。”然而，这只是一个概念验证，因为我们希望最终看到这种材料大规模应用，它可以真正改变能源生产。”

　　展望未来，Koratkar的实验室将探索整个硫系钙钛矿化合物家族，以寻找那些表现出更强压电效应的化合物。科拉特卡尔说，人工智能和机器学习可能是实现这一目标的有用工具。

　　“可持续能源生产对我们的未来至关重要，”RPI工程学院院长Shekhar Garde博士说。“Koratkar教授的工作是一个很好的例子，说明创新的材料发现方法可以帮助解决一个全球性问题。”

　　更多信息：Sk Shamim Hasan Abir等人，硫系钙钛矿中的压电性，Nature Communications（2024）。DOI: 10.1038/s41467-024-50130-5期刊信息：自然通讯由伦斯勒理工学院提供引文：硫系钙钛矿薄膜在挤压或受压时产生电力（2024,10月16日）检索自2024年10月16日https://techxplore.com/news/2024-10-chalcogenide-perovskite-generates-electricity-stressed.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。