ruguonengjiangrenleirichangzhitiyundongchanshengdejixienengshoujiqilaibingweidianchichongdian，zekeweibianxieshidianzichanpintigongyuanyuanbuduandedianneng。shixianzheyigainiandeguanjianzaiyuruhezaibianxieshidianzichanpinzhongwancheng“從機械能到電能的高效轉換”。

 

目前這類轉換主要依賴壓電效應。然而，壓電效應適用於收集高頻率機械振動（大於10赫茲）產生的能量

，但人類日常肢體運動往往在更低的頻率範圍內（小於1赫茲）。頻率不匹配使得能量收集大打折扣，無法滿足應用需求。

 

近日
，美國賓州州立大學研究團隊公布了他們全新的“機械能－電能轉化”概gai念nian和he器qi件jian，能neng夠gou實shi現xian對dui低di頻pin率lv機ji械xie振zhen動dong能neng量liang的de高gao效xiao收shou集ji。這zhe種zhong器qi件jian基ji於yu柔rou性xing輕qing質zhi的de有you機ji離li子zi二er極ji管guan，它ta在zai人ren類lei日ri常chang肢zhi體ti運yun動dong頻pin率lv範fan圍wei內nei的de“機械能－電能轉化”功率密度比傳統壓電器件高出幾個數量級，可滿足下一代便攜式電子產品的需求。

▲機械能－電能轉化機理

 

賓州州立大學材料科學與工程係QingWang教授介紹說：“這項設計專門針對如何將這些普遍存在而又未被利用的的低頻機械能轉換為電能。正因為如此，我們想到了有機離子p－n節這類器件”。

 

這類有機離子p－n節的兩個電極分別由帶有相反電荷的聚電解質納米複合材料構成，中間通過聚碳酸酯薄膜隔開。當向p－n節上施加機械應力時，內部載流子（可移動離子）的平衡被打破
，p－n節jie的de固gu有you機ji製zhi驅qu使shi載zai流liu子zi開kai始shi持chi續xu擴kuo散san，直zhi至zhi新xin的de平ping衡heng重zhong新xin建jian立li。這zhe一yi過guo程cheng完wan成cheng了le機ji械xie能neng到dao電dian能neng的de轉zhuan換huan。由you於yu離li子zi運yun動dong的de特te點dian
，整zheng個ge過guo程cheng恰qia好hao匹pi配pei人ren類lei日ri常chang肢zhi體ti運yun動dong的de頻pin率lv。

▲離子二極管裝置的示意圖

 

QingWang教授還提到：“因yin為wei這zhe種zhong器qi件jian主zhu要yao由you柔rou性xing輕qing質zhi的de聚ju合he物wu材cai料liao構gou成cheng，我wo們men希xi望wang能neng將jiang它ta們men放fang置zhi到dao下xia一yi代dai智zhi能neng手shou機ji等deng便bian攜xie式shi產chan品pin當dang中zhong，用yong來lai提ti供gong電dian池chi所suo需xu的de部bu分fen能neng量liang從cong而er大da大da降jiang低di電dian池chi的de充chong電dian需xu求qiu及ji其qi安an全quan隱yin患huan。”

 

這一成果已於日前在《先進能源材料》雜誌上發表（Adv．Energy Mater． 2016， 1601983）。這項工作由賓州州立大學材料科學與工程係Qing Wang教授、MichaelHickner副教授以及電氣工程係QimingZhang教授團隊共同完成。QingWang教授和李琦博士（現工作單位為清華大學電機工程與應用電子技術係）為論文的共同通訊作者。