Bleifreies LiNbO3-Nanodraht-basiertes Nanokomposit zur piezoelektrischen Energieerzeugung

In einem flexiblen nanokompositbasierten Nanogenerator, in dem piezoelektrische Nanostrukturen mit Polymeren gemischt werden, gehören wichtige Parameter zur Erhöhung der Ausgangsleistung zur Verwendung von langen Nanodrähten mit hoher Piezoelektrizität und zur Verringerung der dielektrischen Konstante des Nanokomposits. Hier berichten wir über die piezoelektrische Energieerzeugung aus einem bleifreien LiNbO3-Nanodraht-basierten Nanokomposit. Durch Ionenaustausch von ultralangen Na2Nb2O6-H2O-Nanodrähten synthetisierten wir lange (ca. 50 μm lang) einkristalline LiNbO3-Nanodrähte mit einem hohen piezoelektrischen Koeffizienten (d33 ca. 25 pmV-1). Durch Mischen von LiNbO3-Nanodrähten mit Poly(dimethylsiloxan) (PDMS) Polymer (Volumenverhältnis 1:100) stellten wir einen flexiblen nanokompositen Nanogenerator mit einer niedrigen dielektrischen Konstante (ca. 2,7) her. Der Nanogenerator erzeugte stabile elektrische Energie, selbst unter übermäßigen Spannungsbedingungen (ca. 105 Zyklen). Die unterschiedlichen piezoelektrischen Koeffizienten von d33 und d31 für LiNbO3 könnten zu einer erzeugten Spannung und einem Strom für die e33-Geometrie geführt haben, die 20 bzw. 100-mal größer waren als die für die e31-Geometrie. Diese Studie deutet auf die Bedeutung des Mischverhältnisses und der Spannungsgeometrie für eine höhere Energieerzeugung in einem piezoelektrischen Nanokomposit-basierten Nanogenerator hin. PACS: 77.65.-j; 77.84.-s; 73.21.Hb.