21、纳米材料在能源收集与物联网传感中的应用

纳米材料在能源收集与物联网传感中的应用

1. 压电纳米材料的能源收集与应用

在能源收集领域，压电纳米材料展现出了巨大的潜力。通过制备具有多孔结构的 PVDF/BCT - BZT 压电隔膜，并基于此制造锂离子电池。PVDF/BCT - BZT 纳米复合薄膜在落锤试验中能产生 8V 电压，这足以驱动锂离子从阴极移动到阳极。其典型的自充电曲线包含三个区域：在 294mJ、0.5Hz 压缩下的自充电区域、放电区域和平衡区域。这种基于无铅压电隔膜的装置具有高输出电压、高稳定性和易于合成的特点，加速了自充电电源电池（SCPC）的发展，在微机电系统（MEMS）、无线传感器和可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。

此外，还制备了 BZT - 0.5BCT 纤维 - MWCNTs@PDMS 纳米复合材料作为压电层，并在其两面涂覆 MWCNTs 作为柔性电极，封装后制成应变传感器。该传感器输出电压与不同频率下的应变具有良好的线性相关性，且电压峰值均匀，显示出其鲁棒性。它具有高达 0.1%的高应变分辨率，在 1%微小变形下灵敏度为 5.189mv/mm，远高于商业应变计。同时，该传感器具有自供电、对高动态负载响应快和读出电路相对简单等优点，在电子皮肤、损伤检测和疲劳研究等方面具有应用前景。

而在染料降解方面，压电一至二维纳米材料可利用低水平机械能产生正负电荷，在表面形成强氧化剂，用于分解染料分子。制备 BZT - 0.5BCT 纤维并与罗丹明 B（RhB）溶液在低速搅拌下混合，纤维弯曲产生压电电位，生成羟基自由基（•OH）和超氧自由基（•O₂²⁻）来矿化 RhB。中等纤维添加量、较高搅拌频率和较小纤维直径有利于更快的降解，为通过收集环境振动分解有机染料提供了一种环保且低成本的方法。