南京理工大学研究生(南京理工大学研究生院)



南京理工大学研究生,南京理工大学研究生院

近日,南京理工大学汪尧进教授团队联合机械学院丁力波副教授和美国康宁公司的庄承钢博士,在功能材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》上在线发表了题为《All-Ceramic Flexible Piezoelectric Energy Harvester》的研究论文。课题组博士生刘洋为论文第一作者,机械学院丁力波副教授为论文的共同第一作者,汪尧进教授和青年教授张骥为共同通讯作者,南京理工大学为第一完成单位。

随着物联网和人工智能技术的高速发展,柔性电子材料与器件在航空、航天、航海和生物电子医学等国防与民生领域具有重要的应用前景,例如水下软体机器人、空天大型薄膜展开天线、电子皮肤等。压电材料是一种能够实现机械能与电能互相转换的材料,然而,典型的高性能压电功能材料由于其高杨氏模量,难以与人体皮肤、器官和飞机机翼等三维曲面保持共形,使其集成于柔性电子器件面临严峻的挑战,即“精而不柔”。“剥离-转移”是当前普遍的柔性薄膜制备方法,然而,该方法存在工艺繁琐、结合性差等问题,即“柔而不精”。

针对当前柔性压电材料“精而不柔,柔而不精”的问题,汪尧进教授团队及合作者在独特的柔性氧化锆Ribbon Ceramic衬底(ZRC)上制备出兼具高压电性和机械柔性压电锆钛酸铅(PZT)薄膜,实现了“精柔统一”。面对人体上丰富的振动能量,该柔性PZT薄膜被应用于人体动能收集,将人体运动过程中产生的动能转化为电能,以驱动可穿戴电子设备。在等同于人体运动的机械应变下,展现出了优异的能量收集特性(开路电压和短路电流分别为105 V和0.58 μA)。此外,柔性PZT压电能量采集器的输出电压随应变呈现出线性变化,是一种很有前途的自供电应变传感器。该研究成果为大规模和低成本的制造“精柔统一”的柔性压电材料以及自供电可穿戴器件提供了一种新的思路。

上述工作得到了国家自然科学基金项目重大和面上基金(批准号:51790492、52072178、11874032),江苏省自然科学基金青年基金(BK20200473)以及中央高校基础研究基金(30922010309)等项目的资助。

来源:南京理工大学

论文链接

https://doi.org/10.1002/adfm.202209297

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