当前,传统化石能源的燃烧引起的环境问题日益凸显,寻找和开发新型绿色能源迫在眉睫。在自然界中,机械能分布广泛、利用率高,因而受到了广泛关注。压电纳米发电机由于具有紧密的连接结构,较小的体积和较长的使用寿命,已经被广泛应用于收集环境中的机械能。地球环境具有高度复杂性,例如温度在极地的-70 ℃到非洲的60 ℃之间变化,而相对湿度在沙漠的0%到热带雨林的100%之间变化。因此,急需开发出具有全天候服务能力的压电纳米发电机以满足实际需求。Ultra‑Stable and Durable Piezoelectric Nanogenerator with All‑Weather Service Capability Based on N Doped 4H‑SiC Nanohole Arrays
Linlin Zhou, Laipan Zhu, Tao Yang*, Xinmei Hou*, Zhengtao Du, Sheng Cao, Hailong Wang, Kuo‑Chih Chou, Zhong Lin Wang
内容简介近日,北京科技大学侯新梅教授领导的“绿色冶金”研究团队提出了一种基于N掺杂的4H-SiC纳米孔阵列的具有全天候服役能力的超稳定耐用压电纳米发电机。该压电纳米发电机表现出了优异的电能输出能力且在高/低温、高/低湿度条件下服役表现出了很强的稳定性。N掺杂的4H-SiC纳米孔阵列基压电纳米发电机的短路电流密度达到313 nA cm⁻2,是N掺杂的4H-SiC纳米线阵列基压电纳米发电机的1.57倍(200 nA cm⁻2)。有限元模拟结果表明,随着孔径的增大,纳米孔阵列的变形量和电势均有所增加。直径在20~200 nm之间的纳米孔阵列结构兼具良好的结构稳定性和较大的短路电流密度。在相当宽的温度范围(-80~80 ℃)和相对湿度范围(0%~100%)内,该压电纳米发电机表现出高达50天的长期服役稳定性。此外,基于N掺杂4H-SiC纳米孔阵列的超稳定耐用的压电纳米发电机被证明可以有效地获取环境中的低频机械能。因此,这种发电机有望在全球范围内广泛用于获取生物力学能和机械能,对自供电系统的开发具有重要意义。图文导读I N掺杂4H-SiC纳米孔阵列基压电纳米发电机的组装
北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心教授,博士后创新人才支持计划获得者。目前主要从事无机非金属材料功能化研究,围绕纳米能源的收集、储存和纳米自供电传感器的构建展开,在国内外SCI学术期刊发表了30余篇高水平研究论文。目前担任《Results in Physics》、《Materials Chemistry and Physics》等期刊的审稿人。
▍Email: yangtaoustb@ustb.edu.cn
侯新梅
本文通讯作者
北京科技大学 教授
▍主要研究领域
高性能陶瓷的制备、高温界面反应动力学及在电化学和环境等领域的功能应用。
▍个人简介
北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心教授,博士生导师。国家杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金、全国优秀博士学位论文及教育部新世纪优秀人才获得者。主要从事洁净钢用新型耐火材料的可控制备、高温界面反应动力学及理论模型的建立;高性能陶瓷制备新方法及在电化学等器件化方面的功能化应用。兼任中国腐蚀与防护学会高温专业委员会委员、全国材料新技术发展研究会常务理事,Ceramics international期刊副主编,Journal of the American Ceramic Society, Scientific Reports等期刊编委。主持国家自然科学基金等项目20余项,以第1/通讯作者身份在AFM、ACS Nano以及MMTA等发表SCI论文150余篇,授权发明专利20余项。曾获冶金青年科技奖、获教育部技术发明二等奖、中国化工学会侯德榜化工科学技术奖“创新奖”等。