DOI:10.1016/j.energy.2020.117385
目前，壓電式能量收集技術已成為解決化石燃料能源消耗帶來的環境問題的重要手段。在這方面，研究人員已著手開發各種壓電器件，但仍然存在環境問題。例如，鋯鈦酸鉛（PZT）是一種很有前途的壓電材料。然而，它含有超過60%的有毒鉛。在過去，為了實現所需的壓電性能，人們發表了大量關于無鉛納米復合材料的研究文章。但是，在許多情況下，研究人員發現納米填料在聚合物基質中的分布是壓電性能不理想的主要問題。為了解決上述問題，本研究開發了硅烷改性含硝酸鉀鈉（KNN）聚偏氟乙烯（PVDF）電紡纖維網基納米發電機。研究發現，在表面改性含KNN（SM-KNN）PVDF納米纖維網的情況下，其壓電性能顯著提高，導致納米填料的解團聚，同時這種方法進一步促進了PVDF聚合物鏈與KNN納米棒之間更好的相互作用。PVDF/3%表面改性KNN納米復合材料可產生約21 V的極高輸出電壓，約22μA的輸出電流，約5.5μA/cm2的電流密度，約115.5μW/cm2的功率密度。這種納米發電機在照明LED方面很有前途，有望緩解社會對微型能源的需求。
圖1.（a）不同電紡納米復合纖維網的紅外光譜、（b）β分數值、（c）XRD圖譜和（d）結晶度。
圖2.（a）至（h）不同納米復合纖維網的SEM圖像和平均直徑，（i）和（j）摻入3%SM-KNN納米棒的PVDF聚合物基納米復合纖維網的TEM形態，（k）PVDF/3%KNN基納米復合纖維網的TEM圖像，以及（l）PVDF/3%SM-KNN基納米復合纖維網的元素分析。
圖3.（a）P-PVDF基納米發電機的輸出信號，（b）PVDF/1%SM-KNN基納米發電機的輸出信號，（c）PVDF/3%SM-KNN基納米發電機，（d）PVDF/5%SM-KNN基納米發電機的輸出信號；（e）圖4c中突出顯示的部分，以及（f）在PVDF聚合物中具有不同百分比的SM-KNN納米棒的不同納米發電機的輸出電壓。
圖4.（a）P-PVDF基納米發電機的輸出電流，（b）包含PVDF/1%SM-KNN的納米發電機，（c）包含PVDF/3%SM-KNN的納米發電機，（d）包含PVDF/5%SM KNN的納米發電機；（e）各種納米發電機所產生的電流密度，其中包含不同比例的SM-KNN納米棒（插圖：用于電流測量的電路圖），以及（f）PVDF聚合物中具有不同比例的SM-KNN納米棒的不同納米發電機所產生的功率密度矩陣（插圖：發光二極管）。
圖5.（a）PVDF/KNN電紡納米復合材料基納米發電器，（b）PVDF/SM-KNN電紡納米復合材料基納米發電器，（c）按壓納米發電器，以及（d）由納米發電器釋放壓力。
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