通过复合设计提高PMN-0.3PT基压电发电机的能量密度与柔韧性
应用物理
2024-01-12 v1
摘要
陶瓷基压电发电机以其高能量密度和较差的柔韧性而闻名。本工作设计了具有最优PMN-0.3PT含量（v_r）的v_r-PMN-0.3PT/PDMS 2-2复合材料，在动态机械激励下展现出增强的输出能量密度和优异的机械柔韧性。制备了具有不同PMN-PT增强相含量（v_r）和两种不同增强相构型的v_r-PMN-0.3PT/PDMS 2-2复合材料，并表征了其有效电弹性能和能量收集响应。同时，利用有限元方法和解析模型计算了有效机电性能。增强相并联连接的复合材料即使在低PMN-0.3PT含量下也展现出增强的压电电荷系数，而相对介电常数和弹性模量则随增强相体积分数呈线性增长趋势。在50 N压缩载荷和5 Hz频率下，基于v_r = 0.2、并联连接的v_r-PMN-0.3PT/PDMS 2-2复合材料的压电发电机（PG）产生了69 nA/cm²的最大短路电流密度和189 V/cm的开路电场，转化为约13 μW/cm³的最大输出功率密度，高于纯PMN-0.3PT基压电发电机。估计的机械柔韧性比纯PMN-0.3PT高出约53%。
引用
@article{arxiv.2401.06051,
title = {Improving the energy density and flexibility of PMN-0.3PT based piezoelectric generator by composite designing},
author = {Abhishek Kumar and Kaushik Das and Amritendu Roy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.06051},
year = {2024}
}