A Spin-Charge-Regulated Self-Powered Nanogenerator for Simultaneous Pyro-Magneto-Electric Energy Harvesting

材料科学 能量收集 铁电性 光电子学 纳米发生器 偶极子 纳米柱 电容器 热电性 压电 电压 纳米技术 能量(信号处理) 电气工程 纳米结构 复合材料 物理 电介质 量子力学 工程类
作者
Dalip Saini,D. Sengupta,Bidya Mondal,Hari Krishna Mishra,R. Ghosh,P. N. Vishwakarma,S. Ram,Dipankar Mandal
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (18): 11964-11977 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02406
摘要

In view of the depletion of natural energy resources, harvesting energy from waste is a revolution to simultaneously capture, unite, and recycle various types of waste energies in flexible devices. Thus, in this work, a spin-charge-regulated pyro-magneto-electric nanogenerator is devised at a well-known ferroelectric P(VDF-TrFE) copolymer. It promptly stores thermal-magnetic energies in a "capacitor" that generates electricity at room temperature. The ferroelectric domains are regulated to slip at the interfaces (also twins) of duly promoting polarization and other properties. An excellent pyroelectric coefficient p ∼ 615 nC·m–2·K–1 is obtained, with duly enhanced stimuli of a thermal sensitivity ∼1.05 V·K–1, a magnetoelectric coefficient αme ∼8.8 mV·cm–1·Oe–1 at 180 Hz (resonance frequency), and a magnetosensitivity ∼473 V/T. It is noteworthy that a strategy of further improving p (up to 41.2 μC·m–2·K–1) and αme (up to 23.6 mV·cm–1·Oe–1) is realized in the electrically poled dipoles. In a model hybrid structure, the spins lead to switch up the electric dipoles parallel at the polymer chains in a cohesive charged layer. It is an innovative approach for efficiently scavenging waste energies from electric vehicles, homes, and industries, where abundant thermal and magnetic energies are accessible. This sustainable strategy could be useful in next-generation self-powered electronics.

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