壓電陶瓷能量收集器（Piezoceramic Energy Harvester， PEH）可捕獲環(huán)境中廢棄的振動能，實現(xiàn)清潔發(fā)電，引起學術界與工業(yè)界的廣泛關注。盡管在各國研究人員的努力下已取得了很大的進展，但弱輸出電流密度仍然是限制其實際應用的主要障礙。

近期，北京工業(yè)大學侯育冬教授團隊利用三維嵌入式電極結構設計策略成功制備出具有高輸出電流密度的Pb（Zn1/3Nb2/3）0.2（Zr1/2Ti1/2）0.8O3（PZNZT）基多層壓電陶瓷能量收集器（ML-PEH）。通過在多層壓電陶瓷內部構造類多層陶瓷電容器的三維互聯(lián)電極界面，結合層數(shù)優(yōu)化設計解決異質電極界面的力衰減效應與極化電荷倍增效應的博弈問題，成功獲得極化電荷總量大幅提升的多層壓電陶瓷，用其組裝的ML-PEH同時表現(xiàn)出高壓電電荷常數(shù)和高輸出電流密度。在RT ~ 150℃內，多層壓電陶瓷顯示出高且穩(wěn)定的壓電電荷常數(shù)（d33=1299±15% pC/N），可與弛豫基PbTiO3單晶相媲美。

由多層壓電陶瓷組裝的懸臂梁型ML-PEH不僅輸出電流密度高達254 μA/cm2，優(yōu)于目前已報道的各類懸臂梁型PEH，而且呈現(xiàn)優(yōu)異的快充能力、耐高溫和抗疲勞特性，所轉化的電能可高效驅動商業(yè)無線溫濕度傳感器，并將環(huán)境數(shù)據(jù)通過藍牙模塊傳輸?shù)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/107/" target="_blank">手機移動終端。以上工作顯示出ML-PEH在實現(xiàn)物聯(lián)網組網用無線傳感器節(jié)點自供電方面的巨大應用潛力，為開發(fā)高輸出電流密度的先進壓電能量收集器提供重要參考，并將有助于基于工業(yè)流延共燒技術實現(xiàn)多層壓電能量收集器的實用化。

該研究以“Boosting output current density ofpiezoceramic energy harvesters using three-dimensional embedded electrodes”為題發(fā)表于Nano Energy。論文第一作者為北京工業(yè)大學在讀博士研究生于肖樂，材料與制造學部侯育冬教授為通訊作者。

上述工作得到了國家自然科學基金、北京市自然科學基金和北京市百千萬人才計劃等項目的資助。

圖1基于三維嵌入式電極結構設計獲得的具有高居里溫度、高壓電電荷常數(shù)和高輸出電流密度的多層壓電能量收集器（ML-PEH）

圖2多層壓電能量收集器（ML-PEH）顯示出優(yōu)異的耐高溫與抗疲勞性及快充和驅動商業(yè)無線傳感器能力

審核編輯 ：李倩