印度理工學院甘地納加爾校區(qū)（IIT Gandhinagar）的Rupak Banerjee教授帶領Tufan Paul組成的研究團隊，于2023年7月13日在ACS Appl. Mater. Interfaces上發(fā)表了一項最新研究成果。
該研究的主要目標是開發(fā)一種無鉛的有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料,，用于生物力學能量收集和壓力感應應用,。傳統(tǒng)的有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料，如CH3NH3PbI3,，具有優(yōu)異的光電性能,，但也存在長期穩(wěn)定性差和鉛污染的問題。因此,，該團隊探索了Cs2SnX6（X = Cl,、Br和I）化合物作為一種環(huán)境友好和可持續(xù)的替代方案。這些化合物不含鉛,，并具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和光電性能,。此外，它們還可以與壓電聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）結(jié)合,，制備自供電的壓電納米發(fā)電器（PENGs）,。
該研究使用了Enlitech的QE-R量子效率測量系統(tǒng)，進行了紫外可見反射光譜響應測量,，QE-R量子效率系統(tǒng)可提供各種太陽能電池精準的EQE檢測數(shù)據(jù),。搭配光焱（Enlitech）配套開發(fā)的自動化檢查軟件，使其IPCE,、IQE和光譜響應數(shù)據(jù)的檢測準確快速,，QE-R量子效率光學儀的檢測量子效率結(jié)果被高影響因子期刊廣泛采用和引用。
Rupak Banerjee教授團隊使用溶劑熱法合成了Cs2SnX6納米結(jié)構(gòu),，并與PVDF混合制成復合薄膜,。他們發(fā)現(xiàn)，Cs2SnX6的加入可以增強PVDF中的電活性相,，從而提高復合薄膜的壓電性能,。他們還使用第一原理密度泛函理論（DFT）計算來分析Cs2SnX6和PVDF之間的界面作用，揭示了鈣鈦礦和PVDF之間存在物理吸附作用,，導致壓電反應增強的機制,。他們系統(tǒng)地改變了無機Cs2SnX6鈣鈦礦中的鹵素離子，并研究了相應的PENGs的壓電行為,。此外,，他們還測量了這些鹵素鈣鈦礦基混合物的介電性質(zhì)、壓電反應幅度,、壓電輸出信號和充電容量,。
在眾多制備的薄膜中，優(yōu)化的Cs2SnI6_PVDF薄膜表現(xiàn)出最高的壓電系數(shù)（d33）值,，約為200 pm V–1,，并且從壓電力顯微鏡和極化滯回曲線測量中得到了約0.74 μC cm–2的剩余極化,。優(yōu)化的Cs2SnI6_PVDF基設備在受到周期性垂直壓縮時產(chǎn)生了約167 V的瞬時輸出電壓,，約5.0 μA的電流和約835 μW的功率,。該設備的輸出電壓用于對一個10 μF的電容器充電，充到2.2 V后,，可以驅(qū)動一些商業(yè)LED,。除了用作壓力傳感器，該設備還用于監(jiān)測人體生理活動,。該設備在環(huán)境中展示了出色的操作耐久性,，證明了它在機械能量收集和壓力感應應用方面的潛力。
這項研究為開發(fā)無鉛鹵化物鈣鈦礦材料提供了一種新的思路,，并為利用生物力學能量驅(qū)動可穿戴設備和自供電系統(tǒng)提供了一種有效的方法,。該研究團隊表示，他們將繼續(xù)優(yōu)化這些材料和設備的性能,，并探索更多的應用場景,。
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