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
- 宁波材料所陈涛/尹恺阳团队 Adv. Mater.：光诱导双动态键液晶弹性体致动器的快速可逆时空编程 2025-04-18
- 北大杨槐/北科大胡威团队 Small: 液晶弹性体中分子开关异构化行为的动态编程锁定 2025-03-14
- 四川大学蒲伟、肖尧予/舍布鲁克大学赵越 Angew ：基于材料-结构协同作用的体温与自然阳光响应型动态液晶弹性体自持驱动器 2025-02-27
- 华工郭建华、蒋兴华团队 CEJ：具有优异吸波性能和红外/微波刺激响应形状记忆功能的自修复型FCIP/RGO/PUU柔性复合材料 2025-04-20
- 南开大学刘遵峰教授课题组招收博士生（2025年入学）、师资博士后等 - 材料学、化学、高分子、物理、生物学、纺织与纤维、金属、计算模拟、电子信息等 2025-04-17
- 阿尔伯塔大学曾宏波教授 AFM：皮肤角质层启发的本征保湿抗冻两性离子水凝胶用于智能柔性传感器 2025-04-14
- 宁波大学罗来慧教授 AFM ：用于机械能收集和应力可视化传感的应力发光-压电能量收集器 2024-11-14
