用于驱动无线传感器的热释电纳米发电机的研制取得新进展

　　现代能源的大量消耗，使得对绿色的、可再生的纳米能源的研究变得越来越迫切。设想如果一个系统能从环境中获取能量，实现独立地、无线地工作，而不需要外接电源，这是无疑是很吸引人的。这种自驱动系统必定具有广阔的应用前景。在这一背景下，纳米发电机应运而生。

 

　　用于从周围环境中收集能量，来制备纳米发电机常基于几种典型的物理效应，如压电效应、摩擦起电效应和热释电效应。其中，压电效应和摩擦起电效应可以用于收集机械能。而热释电效应可以用来从温度变化中收集热能。它是基于某些具有各向异性的介质因温度波动而引起自发极化状态的改变。在热电效应中，虽然塞贝克效应也可以利用器件两端的温度差异驱使载流子扩散来收集环境中的热能，但是对于温度的空间分布均匀却随时间变化的环境，热释电效益无疑是最佳的选择。

 

　　最近，王中林课题组研制出一种新型的热释电纳米发电机。这种纳米发电机是利用锆钛酸铅(PZT) 薄膜制备的。PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能。当环境温度变化时，PZT薄膜自发极化的改变，驱动外电路产生电流。

 

　　该项研究结果表明，这种热释电纳米发电机的开路电压和短路电流密度分别达22 V和171 nA/cm3。相比以往报道的热释电纳米发电机输出电压小于0.1V、电流小于1nA nA/cm3，该新型纳米发电机的性能得到很大的提高，另外，该纳米发电机的单个输出脉冲直接持续驱动一个LCD的时间长于60s。

 

　　进一步研究证实该纳米发电机能在不同工作频率下为一自制的锂离子电池充电，并用来点亮一个LED。这显示了这一热释电纳米发电机在无线传感器方面的潜在应用。

图a、已制备好的纳米发电机实物照片；b、纳米发电机驱动LCD显示处数字；c、利用纳米发电机充电的锂离子电池点亮一个LED。