北京大学董蜀湘教授课题组利用自主研发的3D打印设备制备高功率密度柔性压电能量回收器并取得重要进展

点击上方“蓝字” 一键订阅

从机械应变、运动、光、热、磁场等自然资源中获取能量已经成为穿戴式、自供电电子、物联网无线传感器网络(WSNs)等领域的研究热点。能量收集机械应变和运动，传统方法有压电，静电，和电磁等。然而，作为一个典型的自供电、自感知的可穿戴设备，压电能量收集器表现出结构简单、小型化和更高的能量密度等优点。相比传统的无机陶瓷和单晶材料，PVDF及其共聚物因其柔性、灵活的设计、小的声阻抗，以及宽响应频率和高化学稳定性，因此更适合应用于可穿戴电子、步行发电等应用。但与无机压电陶瓷或压电单晶相比，因其压电系数、介电常数很小，因此产生的功率密度一直偏低。

董蜀湘教授课题组成果在线发表于《能源与环境科学》

最近，北京大学工学院董蜀湘教授课题组，在北京市科技专项资助下，研发了具有自主知识产权的3D打印设备，获得授权中国发明专利。利用自主研发的3D打印设备成功制备了多层PVDF-TrFE薄膜以及研制了具有弯张效应的橄榄球新颖结构压电能量收集器，其表观压电系数及功率密度获得了显著提升。实验结果表明3D打印的橄榄球能量收集器在频率为3.5 HZ，压强为0.046 MPa的机械压力下，可以产生88.6 Vp-p的峰值电压和0.35 mA的短路电流；它的单位面积峰值输出功率密度更是高达16.4 mW cm⁻²，这比其它柔性压电发电材料的功率密度高出一个量级，也和太阳能电池的功率密度相当。提出的3D打印多层柔性压电薄膜制备方法和橄榄球弯张机制能量采集设计，在未来的具有自传感、自供电功能的柔性可穿戴电子设备、无线传感器网络、自发电智能道路等，具有巨大发展潜力。

能量回收器设计与性能测试图：（a）样品结构回收示意图；（b）能量回收器应用图；在3.5 HZ频率，不同负载阻抗条件下，能量回收输出功率（c）和电流（d）

这项研究成果也证明3D打印工艺是一种简单、有效的方法，在未来的柔性、微电子器件制备领域也有应用前景。该成果在线发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science, IF= 33.25），题目为“The large piezoelectricity and high power density of a 3D-printed multilayer copolymer in a rugby ball-structured mechanical energy harvester”。该成果第一作者是北京大学工学院材料系17级博士生袁小婷，董蜀湘教授是论文唯一通讯作者。研究获得了国家自然科学基金委（51772005，51132001）、北京市科技专项、磁电功能材料与器件北京市重点实验室、新奥能源科技的资助。

文章链接为：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee01785b#!divAbstract

来源：北京大学工学院

相关进展

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

关注高分子科学技术  👉

长按二维码关注

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多