纳米尺度畴图案与能量收集器概念

当前工作采用相场模型来测试纳米尺度周期性畴图案的稳定性，并探索其中一种图案在能量收集器器件中的应用。首先，在无应力和无电场条件下测试了几种具有面内极化的周期性畴图案的稳定性。结果发现，具有条纹特征的简单畴图案是稳定的，而具有更复杂畴构型的图案在纳米尺度下通常是不稳定的。在识别出具有合适性质的稳定畴图案后，探索了薄膜能量收集器器件的概念设计。该收集器被建模为结合在基底上的铁电薄膜。在初始状态下，建模了一个顶部电极上净电荷为零的周期性条纹畴图案。在弯曲基底时，薄膜中产生机械应变，导致极化畴发生铁电翻转，从而产生电能。结果展示了一个概念性能量收集器的工作循环，该收集器在 kHz 频率下工作（例如来自环境中的振动），可以产生约 40W/m2 的面积功率密度。