Enhancing output performance of piezoelectric nanogenerator via negative Poisson's ratio effect

材料科学 超材料 功率密度 压电 纳米发生器 光电子学 功率(物理) 泊松分布 泊松比 复合材料 量子力学 数学 物理 统计
作者
Guangdong Sui,Xiaobiao Shan,Chunyu Zhou,Hengyu Li,Tinghai Cheng
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:130: 110071-110071 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.110071
摘要

Enhancing the output performance of piezoelectric nanogenerators (PENG) is crucial for the timely realization of self-powered IoT sensor clusters. Currently, conventional methods for retrofitting PENG lack universality. Therefore, this paper proposes a novel negative Poisson's ratio effect to effectively accelerate and enhance charge separation, increasing the output power from 0.6 mW to 4.0 mW, a 6.7-fold increase, and broadening the bandwidth from 0.7 Hz to 1.8 Hz, a 2.6-fold improvement. The negative Poisson's ratio effect is a mechanical metamaterial property that can be served as a universal method to enhance the performance of all beam-type PENGs. Furthermore, the metamaterial PENG (MM-PENG), optimized by a genetic algorithm for multiple parameters, demonstrates a power density of 36.35 μW/mm3, far exceeding previously reported conventional PENGs (C-PENG) with plain substrate. Finally, the practical application of MM-PENG confirms its faster power supply rate compared to C-PENGs. This work presents a universally applicable and straightforward method for enhancing the performance of PENG.
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