研究目的
利用纤维素/钛酸钡气凝胶纸开发柔性高性能压电纳米发电机（PENGs），并设计一种在同一器件中耦合压电与摩擦电效应的混合纳米发电机以增强能量收集。
研究成果
该研究成功展示了利用C/BT气凝胶纸开发具有高输出性能（高达15.5伏和11.8微瓦）的柔性压电纳米发电机（PENG）。这种将压电效应与摩擦电效应集成于单一器件的混合纳米发电机，通过正向耦合实现了增强的输出（48伏和85微瓦）。纤维素促进了BaTiO3的高效均匀分散，且适当的极化方向对实现最佳性能至关重要。这项工作为设计简单、高性能的能量收集器提供了见解。
研究不足
该研究在大规模生产的可扩展性方面可能存在局限，纳米复合材料的长期耐久性与稳定性可能面临潜在问题，且在不同环境条件下耦合效率的优化尚需完善。使用PDMS和BaTiO3等特定材料可能因成本或材料特性而限制其在某些场景中的应用。
1：实验设计与方法选择：
通过纤维素溶解再生、分散BaTiO3纳米颗粒、交联、冷冻干燥及压缩成纸，制备纤维素/BaTiO3（C/BT）气凝胶纸，随后填充PDMS形成纳米复合材料。采用铝电极构建压电纳米发电机（PENG）及混合纳米发电机并进行极化处理，在机械冲击下测试输出性能。
2：样品选择与数据来源：
样品包括纯纤维素、C/BT-
3：C/BT-3和C/BT-5气凝胶（纤维素与BaTiO3质量比分别为
4：
5：
6：
5），收集其形貌、热学特性及电学输出数据。
7：实验设备与材料清单：
设备含场发射扫描电镜（Nova 450，FEI）、X射线衍射仪（D/max-2200/PC，Rigaku）、拉曼光谱仪（LabRam HR800，Jobin Yvon）、示波器（TDS 2014，Tektronix）、源表（2450，Keithley）、冷冻干燥机及真空浸渍装置；材料包括纤维素滤纸浆、BaTiO3纳米颗粒、NaOH、尿素、环氧氯丙烷、PDMS（Sylgard 184，道康宁）、乙酸乙酯、铝箔、铜胶带。
8：实验流程与操作步骤：
依次进行纤维素溶液配制、BT纳米颗粒分散合成C/BT气凝胶、交联、冷冻干燥、压缩成纸、PDMS浸渍、电极器件构建、极化处理及机械刺激下的输出特性表征。
9：数据分析方法：
使用示波器和源表测量输出电压电流，数据分析包括功率计算（U2/R），并基于实验观察与仿真（如COMSOL）提出作用机制。
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获取完整内容-
Field Emission Scanning Electron Microscopy
Nova 450
FEI
Characterize the morphology of BT nanoparticles and microstructure of aerogels and composite films.
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X-ray Diffractometer
D/max-2200/PC
Rigaku
Detect the crystalline structure of BT nanoparticles.
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Oscilloscope
TDS 2014
Tektronix
Detect output voltage with 10 MΩ internal resistance.
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Source Meter
2450
Keithley
Detect output current.
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PDMS
Sylgard 184
DowCorning
Used as the polymer matrix in nanocomposites for flexibility and impregnation.
-
Raman Spectrometer
LabRam HR800
Jobin Yvon
Detect the crystalline structure of BT nanoparticles.
-
BaTiO3 Nanoparticles
Shandong Sinocera Functional Materials Co. Ltd.
Piezoelectric filler in nanocomposites to enhance energy harvesting performance.
-
Filter Paper Pulp
SQ0041
Hangzhou Shuang Quan Co. Ltd.
Source of cellulose for preparing cellulose solution and aerogels.
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