近日，宾夕法尼亚大学Shu Yang（杨澍）研究团队在《Science Advances》发表了题为《Flexible pyroelectric energy harvesters from nanocomposites of liquid crystal elastomers/lead zirconate titanate nanoparticles》的研究论文（Sci. Adv. 2025, 11, eadt6136），报道了一种新型的柔性热释电能量收集器。该器件利用液晶弹性体（LCE）和锆钛酸铅（PZT）纳米颗粒的复合材料，通过二次热释电效应显著提高了能量转换性能，总热释电系数 p 为 -4.01 nC·cm?2·K?1。实验表明，该器件可有效收集环境温度波动中的热能，并成功驱动LED等电子器件，为未来的可穿戴电子设备和自供能系统提供了新的可能性。论文的共同第一作者为宾夕法尼亚大学博士生Shangsong Li (李尚松) 和博士Yuchen Wang（王宇晨）。
研究团队采用了两步硫醇-丙烯酸酯迈克尔加成反应制备 LCE 薄膜，并在其中均匀分散由甲基丙烯酰氧基硅烷（TMSPMA）表面修饰的 PZT 纳米颗粒。通过调整 LCE 的液晶分子排列方式（单畴或多畴）及边界条件（固定或自由），优化了 LCE 对 PZT 纳米颗粒的应力传递效果。
LCE/PZT 复合材料的概念与材料制备。(A) 通过 LCE 热应力与 PZT 颗粒之间的相互作用产生的二次热释电效应，以增强整体热释电效应的核心概念示意图。(B) 用于制备 LCE 的单体、链扩展剂和交联剂的分子结构，以及表面修饰的 PZT。(C) 原始 PZT 纳米颗粒和改性 PZT 纳米颗粒的 红外光谱。(D) 负载 42.7 wt% PZT 纳米颗粒的 LCE/PZT 薄膜的横截面 SEM 图像。插图：PZT 的晶体结构。(E) LCE/PZT 能量收集器的示意图。
该能量收集器能够在 15 秒内为 0.22 μF 电容充电，并为 LED 供电。在 9 轮循环测试中，设备稳定输出约 3.4 V 电压和 约1.1 mA 电流，显示出良好的稳定性和可重复性。
LCE/PZT 热释电能量收集器的应用演示。(A) 利用 LCE/PZT 热释电能量收集器为电容充电并点亮 LED 的电路示意图。(B) 绿色 LED 在供电前（左）和被 LCE/PZT 能量收集器点亮后（右）的照片。比例尺：2 cm。(C) 和 (D) 分别为 LED 在九个循环过程中的电压 (C) 和电流 (D) 变化曲线，其中粉色区域表示电容充电过程，蓝色区域表示 LED 供电过程。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt6136
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