В области возобновляемой энергетики канадские исследователи предложили инновационную композитную конструкцию пьезоэлектрического микрогенератора. В конструкции используются перовскиты на основе галогенидов металлов вместо пьезокерамики, что обеспечивает высокую производительность и сверхвысокую плотность тока в устройстве, способном служить устойчивым источником питания для портативной и гибкой электроники.
Пьезоэлектрические микрогенераторы преобразуют внешнюю кинетическую энергию в электрическую за счет физических изменений среды, таких как колебания или легкое нажатие пальцем. Пьезоэлектрический эффект проявляется в появлении электрического заряда на поверхности объекта из наноматериала при его деформации. Такой генератор может быть источником энергии при достаточно высоком выходном напряжении и силе тока.
Эффективно функционируют константы пьезоэлектрического заряда в таком материале генератора, как пьезокерамикаНежная структура и высокая цена диктуют необходимость в новых разработках.
Исследователи проявляют особый интерес к композитам на основе галогенидов металлов и перовскитов — кристаллических соединений из пяти атомов: двух положительных и трех отрицательных. У
Перовскиты обладают фотофизическими, электрическими и структурными свойствами, которые идеальны для сбора механической энергии. Преимущества таких материалов – обработка в растворе, гибкость и синтез при низких температурах. Нанолазеры и светодиоды – примеры применения этих материалов.
Ученые из Университета Ватерлоо (Канада) признали, что при таких особенностях данный материал проигрывает керамическим аналогам по плотности выходного тока. В предыдущих композитах, изготовленных инженерами, наночастицы повышали… диэлектрическую проницаемостьОднако уменьшали диэлектрическую прочность, которая является мерой способности материала противостоять высоким напряжениям без электрического пробоя.
Характеристики определили конструкцию электротехников.
Авторы увеличили первый показатель за счет наночастиц с высокой проницаемостью и повысили второй, оптимизировав структуру перовскита. Химическая модификация наночастиц подавляет миграцию ионов, вызванную электрическим током, и улучшает пьезоэлектрический отклик.
Испытания показали, что устройство способно работать с рекордной эффективностью при значительно меньших затратах на материалы. опубликованной в журнале Nature CommunicationsЭкономические и технологические преимущества органометаллгалогенидных перовскитов по сравнению с керамическими пьезоэлектриками открывают возможности для новых разработок.
Эта технология применима не только в портативной электронике, но и в масштабных системах, например, питании светового оборудования самолетов.