Self‐poled Efficient Flexible “Ferroelectretic” Nanogenerator: A New Class of Piezoelectric Energy Harvester

材料科学 纳米发生器 压电 能量收集 纳米复合材料 光电子学 电容器 电介质 复合材料 电压 电气工程 能量(信号处理) 数学 统计 工程类
作者
Sujoy Kumar Ghosh,Tridib Kumar Sinha,Biswajit Mahanty,Dipankar Mandal
出处
期刊:Energy technology [Wiley]
卷期号:3 (12): 1190-1197 被引量:108
标识
DOI:10.1002/ente.201500167
摘要

Abstract Superior ferro‐ and piezo‐electret properties in a self‐poled, porous hybrid ferroelectretic polymer nanocomposite film for next‐generation device paradigms is introduced by in situ generation of platinum (Pt) nanoparticles (NPs) embedded in poly(vinylidenefluoride‐ co ‐hexafluoropropylene) P(VDF–HFP). The cooperative functionality between the self‐polarized β‐phase and the micropores as charge trapping sites is realized by using a simple solvent evaporation method. As a consequence, the resulting film exhibits extraordinary ferroelectretic behavior, as demonstrated by the superior electrical square‐shaped hysteresis loop with large remnant polarization ( P r ≈61.7 μC cm −2 ), piezoelectric charge coefficient ( d 33 ∼−686 pC N −1 ), and ultrahigh dielectric properties ( ε r =2678, tan δ =0.79 at 1 kHz). A new type of ferroelectretic nanogenerator (FTNG) is fabricated using a flexible hybrid nanocomposite film that effectively converts the applied mechanical energy into electrical energy upon compressive normal stress (e.g., by actuating with a human finger). The 18 V of the open‐circuit output voltage with expected 17.7 μA short‐circuit current are generated from the FTNG under 4 MPa of normal stress amplitude. The high piezoelectric energy conversion efficiency ( η piezo ≈0.2 %) of the FTNG shows that the hybrid polymer nanocomposite film is well suited for the next generation of piezoelectric‐based energy harvesters. The operation of more than 50 blue LEDs, 25 green LEDs, and several capacitors without any subsidiary batteries is demonstrated using the FTNG.
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