內容摘要
近年來，熱能、風能、電磁能以及振動能量等回收的能源材料發展十分迅速。北京大學工學院課題近日組研制了一種具有高居里點的鈧酸鉍-鈦酸鉛基改性壓電陶瓷，這種壓電陶瓷材料的電疇活性能夠在高溫下被強化。
目前已報道的能源材料大多只能在室溫附近環境下工作。例如，傳統的懸臂梁式PZT壓電振動能量回收技術因其相對較低的居里溫度，以及采用環氧樹脂粘合劑的復合結構，嚴重制約了它在高溫環境中的振動能量回收的應用。但是隨著無線傳感器網絡的發展，在高溫環境中傳感器能量自供給問題顯得十分迫切，比如發動機、內燃機、核能等重要部位的自檢測、傳感與通訊。因此，發展高溫壓電材料以及可在高溫環境中實現自供電就是能源材料領域一個急需解決的科學和技術問題。
最近，工學院材料科學與工程系董蜀湘課題組研制出可在高溫環境下基于壓電原理的振動能量回收器件，該成果發表于材料領域權威刊物《先進功能材料》（Advanced Functional Materials，IF=11.382），題目為“High-Temperature BiScO3-PbTiO3 Piezoelectric Vibration Energy Harvester”。
董蜀湘課題組研制了一種具有高居里點的鈧酸鉍-鈦酸鉛（BiScO3-PbTiO3）基改性壓電陶瓷，居里溫度高達450℃。而傳統的PZT壓電陶瓷，其居里溫度僅為200-350℃。新的壓電陶瓷材料提高了器件在高溫環境下的穩定性；在此基礎上，設計了一種新型的能量回收器件，旨在應于高溫環境中的振動能量回收。課題組在實驗中首次發現：在給定的外界振動激勵下，這種新型的能量回收器件在高溫下（150-200℃）產生的功率輸出竟然比在室溫下高出一倍。研究進一步揭示這種壓電陶瓷材料在高溫下其電疇活性被強化，因而增強了它的壓電性能。目前在1個重力加速度激勵下，這種能量回收器可以產生數十微瓦的功率輸出。但通過材料和器件結構改進，今后有望實現毫瓦量級的功率輸出。課題組實驗結果表明該能量回收器有潛力應用于高溫環境中的速度、加速度傳感，以及無線傳感系統的能量自供給。
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