壓電陶瓷能量收集器（Piezoceramic Energy Harvester， PEH）可捕獲環(huán)境中廢棄的振動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)電，引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。盡管在各國(guó)研究人員的努力下已取得了很大的進(jìn)展，但弱輸出電流密度仍然是限制其實(shí)際應(yīng)用的主要障礙。

近期，北京工業(yè)大學(xué)侯育冬教授團(tuán)隊(duì)利用三維嵌入式電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略成功制備出具有高輸出電流密度的Pb（Zn1/3Nb2/3）0.2（Zr1/2Ti1/2）0.8O3（PZNZT）基多層壓電陶瓷能量收集器（ML-PEH）。通過(guò)在多層壓電陶瓷內(nèi)部構(gòu)造類(lèi)多層陶瓷電容器的三維互聯(lián)電極界面，結(jié)合層數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)解決異質(zhì)電極界面的力衰減效應(yīng)與極化電荷倍增效應(yīng)的博弈問(wèn)題，成功獲得極化電荷總量大幅提升的多層壓電陶瓷，用其組裝的ML-PEH同時(shí)表現(xiàn)出高壓電電荷常數(shù)和高輸出電流密度。在RT ~ 150℃內(nèi)，多層壓電陶瓷顯示出高且穩(wěn)定的壓電電荷常數(shù)（d33=1299±15% pC/N），可與弛豫基PbTiO3單晶相媲美。

由多層壓電陶瓷組裝的懸臂梁型ML-PEH不僅輸出電流密度高達(dá)254 μA/cm2，優(yōu)于目前已報(bào)道的各類(lèi)懸臂梁型PEH，而且呈現(xiàn)優(yōu)異的快充能力、耐高溫和抗疲勞特性，所轉(zhuǎn)化的電能可高效驅(qū)動(dòng)商業(yè)無(wú)線溫濕度傳感器，并將環(huán)境數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)?a href="http://m.greenbey.cn/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)移動(dòng)終端。以上工作顯示出ML-PEH在實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)自供電方面的巨大應(yīng)用潛力，為開(kāi)發(fā)高輸出電流密度的先進(jìn)壓電能量收集器提供重要參考，并將有助于基于工業(yè)流延共燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)多層壓電能量收集器的實(shí)用化。

該研究以“Boosting output current density ofpiezoceramic energy harvesters using three-dimensional embedded electrodes”為題發(fā)表于Nano Energy。論文第一作者為北京工業(yè)大學(xué)在讀博士研究生于肖樂(lè)，材料與制造學(xué)部侯育冬教授為通訊作者。

上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和北京市百千萬(wàn)人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

圖1基于三維嵌入式電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得的具有高居里溫度、高壓電電荷常數(shù)和高輸出電流密度的多層壓電能量收集器（ML-PEH）

圖2多層壓電能量收集器（ML-PEH）顯示出優(yōu)異的耐高溫與抗疲勞性及快充和驅(qū)動(dòng)商業(yè)無(wú)線傳感器能力

審核編輯 ：李倩