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Lead‐Free Perovskite Nanowire‐Employed Piezopolymer for Highly Efficient Flexible Nanocomposite Energy Harvester
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2018-04-14 , DOI: 10.1002/smll.201704022 Chang Kyu Jeong 1 , Changyeon Baek 2 , Angus I. Kingon 3 , Kwi-Il Park 4 , Seung-Hyun Kim 3
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2018-04-14 , DOI: 10.1002/smll.201704022 Chang Kyu Jeong 1 , Changyeon Baek 2 , Angus I. Kingon 3 , Kwi-Il Park 4 , Seung-Hyun Kim 3
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In the past two decades, mechanical energy harvesting technologies have been developed in various ways to support or power small‐scale electronics. Nevertheless, the strategy for enhancing current and charge performance of flexible piezoelectric energy harvesters using a simple and cost‐effective process is still a challenging issue. Herein, a 1D–3D (1‐3) fully piezoelectric nanocomposite is developed using perovskite BaTiO3 (BT) nanowire (NW)‐employed poly(vinylidene fluoride‐co‐trifluoroethylene) (P(VDF‐TrFE)) for a high‐performance hybrid nanocomposite generator (hNCG) device. The harvested output of the flexible hNCG reaches up to ≈14 V and ≈4 µA, which is higher than the current levels of even previous piezoceramic film‐based flexible energy harvesters. Finite element analysis method simulations study that the outstanding performance of hNCG devices attributes to not only the piezoelectric synergy of well‐controlled BT NWs and within P(VDF‐TrFE) matrix, but also the effective stress transferability of piezopolymer. As a proof of concept, the flexible hNCG is directly attached to a hand to scavenge energy using a human motion in various biomechanical frequencies for self‐powered wearable patch device applications. This research can pave the way for a new approach to high‐performance wearable and biocompatible self‐sufficient electronics.
中文翻译：
适用于高效柔性纳米复合材料能量收集器的无铅钙钛矿纳米线压电聚合物
在过去的二十年中，以各种方式开发了机械能收集技术，以支持或为小型电子设备供电。然而，采用简单且具有成本效益的工艺来提高柔性压电能量采集器的电流和充电性能的策略仍然是一个具有挑战性的问题。本文中，使用钙钛矿型BaTiO 3（BT）纳米线（NW）的聚偏二氟乙烯共聚物开发了一种1D–3D（1-3）的全压电纳米复合材料。-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE））用于高性能混合纳米复合材料发生器（hNCG）设备。柔性hNCG的采集输出高达≈14V和≈4µA，甚至比以前基于压电陶瓷薄膜的柔性能量采集器的当前水平还要高。有限元分析方法的仿真研究表明，hNCG设备的出色性能不仅归因于受控的BT NW的压电协同作用以及P（VDF-TrFE）基质内的压电协同作用，还归因于压电聚合物的有效应力传递性。作为概念的证明，灵活的hNCG可直接连接到手上，以人体运动以各种生物机械频率清除能量，以用于自供电可穿戴式贴片设备。
更新日期：2018-04-14
中文翻译：
适用于高效柔性纳米复合材料能量收集器的无铅钙钛矿纳米线压电聚合物
在过去的二十年中，以各种方式开发了机械能收集技术，以支持或为小型电子设备供电。然而，采用简单且具有成本效益的工艺来提高柔性压电能量采集器的电流和充电性能的策略仍然是一个具有挑战性的问题。本文中，使用钙钛矿型BaTiO 3（BT）纳米线（NW）的聚偏二氟乙烯共聚物开发了一种1D–3D（1-3）的全压电纳米复合材料。-三氟乙烯）（P（VDF-TrFE））用于高性能混合纳米复合材料发生器（hNCG）设备。柔性hNCG的采集输出高达≈14V和≈4µA，甚至比以前基于压电陶瓷薄膜的柔性能量采集器的当前水平还要高。有限元分析方法的仿真研究表明，hNCG设备的出色性能不仅归因于受控的BT NW的压电协同作用以及P（VDF-TrFE）基质内的压电协同作用，还归因于压电聚合物的有效应力传递性。作为概念的证明，灵活的hNCG可直接连接到手上，以人体运动以各种生物机械频率清除能量，以用于自供电可穿戴式贴片设备。
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