LiTaO3-Based Flexible Piezoelectric Nanogenerators for Mechanical Energy Harvesting

材料科学 能量收集 压电 机械能 纳米技术 能量(信号处理) 复合材料 工程物理 功率(物理) 工程类 数学 量子力学 统计 物理
作者
Punnarao Manchi,Sontyana Adonijah Graham,Harishkumarreddy Patnam,Nagamalleswara Rao Alluri,Sang‐Jae Kim,Jae Su Yu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (39): 46526-46536 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.1c10116
摘要

Mechanical energy is one of the freely available green energy sources that could be harvested to meet the small-scale energy demand. Piezoelectric nanogenerators can be used to harvest the biomechanical energy that is available in everyday human life and power various portable electronics. Herein, a ferroelectric material, i.e., lithium tantalate (LiTaO3), was synthesized and used to fabricate a flexible piezoelectric nanogenerator (FPNG). Generally, ferroelectric materials display a strong electrostatic dipole moment and high piezoelectric coefficient, thus resulting in enhanced electrical performance. First, LiTaO3 nanoparticles were synthesized and loaded into poly(vinylidene difluoride) (PVDF) to form a piezoelectric film and then, the piezoelectric composite film was sandwiched between two aluminum electrodes to fabricate an FPNG. The effect of the electrical performance of FPNG as a function of the concentration of LiTaO3 loaded into PVDF was systematically investigated and optimized. The 2.5 wt % FPNG exhibited open-circuit voltage, short-circuit current, and power density values of ∼18 V, ∼1.2 μA, and ∼25 mW/m2, respectively. Furthermore, the FPNG revealed good electrical stability and mechanical durability. Finally, the FPNG was employed as a weight sensor to harvest various biomechanical energies and operate low-power- electronics.

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