DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104956
在此，研究者報告了電紡聚丙烯腈（PAN）納米纖維膜將中低頻噪聲轉換成具有高電壓輸出的電的新能力。聲電器件是通過在兩個金屬涂層的塑料膜電極之間夾一層PAN纖維膜來制備的。在117 dB的聲音（頻率100-500 Hz）下，納米纖維裝置可以產生高達58 V和12 μA的峰值電輸出，最大輸出功率為210.3 μW（面積功率密度為17.53 μW/cm2），遠大于其他報道的聲電器件。整流后產生的電能可用于直接運行商用電子設備（例如，LED）。它也可以存儲在移動電源中，并積累成更大的功率以備將來使用。電紡PAN可以用作將噪聲、白色污染回收為可用電能的潛在候選材料。
圖1.（a）由8.0wt％電紡溶液制備的PAN納米纖維的SEM圖（比例尺：1μm）；插圖：高倍SEM圖像（比例尺：200nm）。（b）PAN溶液濃度對PAN納米纖維膜中纖維直徑和曲折構象含量的影響。（c）由不同PAN濃度制備的納米纖維膜的XRD圖譜和（d）FTIR光譜。
圖2.（a）聲電器件的示意結構；插圖：設備的數碼照片（比例尺：1cm）。（b）聲電轉換測試裝置的示意圖。（c）在SPL 117dB（聲音頻率230Hz，單頻聲音）下的聲電設備的輸出電壓和（d）電流。（e）SPL（聲音頻率230Hz）和（f）聲音頻率對設備電壓輸出（SPL 117dB）的影響；插圖：在1000-2000Hz聲音頻率范圍內的放大電壓輸出。（g）外部負載對設備電壓輸出和瞬時峰值功率輸出的影響。（h）納米纖維裝置的輸出穩定性測試；插圖：電力輸出的放大圖。（納米纖維直徑：215±50nm；膜厚度：30μm）
圖3.（a）聚合物纖維直徑對器件電壓輸出的影響（聲頻230Hz，SPL 117dB）；（b）對于具有不同納米纖維直徑（納米纖維膜厚度30μm，聲頻230Hz）的膜制成的聲電器件，電壓輸出對SPL的依賴性。（c）納米纖維膜厚度對器件電壓輸出、（d）功率輸出和內部電阻（聲音頻率230Hz，SPL 117dB）的影響。器件電壓輸出取決于具有不同膜厚的聲電器件（SPL 117dB）的（e）SPL（聲音頻率230Hz）和（f）頻率。（納米纖維直徑215±50nm）
圖4.（a）來自不同直徑PAN纖維的納米纖維膜的應力-應變曲線。（b）SPL對不同活性電紡納米纖維層：PVDF和PAN（納米纖維膜厚度：30μm；聲頻：230Hz）的器件電壓輸出的影響。（c）在中心孔的標記位置（納米纖維膜厚度為30μm；聲頻為230Hz），電紡PAN納米纖維膜和具有相似纖維直徑的PVDF納米纖維膜的振動速度。（d）電紡PAN納米纖維膜和PVDF納米纖維膜的應力-應變曲線。（對于c和d，PAN纖維直徑312nm，PVDF納米纖維直徑305nm）
圖5.（a）整流后的電壓和電流輸出；插圖：用于將AC整流為DC輸出的電路原理圖。（b）設備產生的原始電壓和電流輸出；插圖：電輸出的單個循環。（c）在不同聲頻（SPL 117dB）下計算出的設備的δ值。（d）顯示直接由聲電設備供電的商用LED照明的圖像。（e）連接不同電容器的設備的電壓-充電時間關系。（f）數碼照片通過電容器中存儲的能量來點亮三盞燈。（g）連接不同可充電電池的設備的電壓-充電時間關系。（納米纖維膜厚度30μm；納米纖維直徑215±50nm；聲頻230Hz，SPL 117dB）
