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Harnessing the mechanical and magnetic energy with PMN-PT/Ni-Mn-In-based flexible piezoelectric nanogenerator
Nano Energy ( IF 16.8 ) Pub Date : 2024-11-03 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110441 Satyam Shankhdhar, Diksha Arora, Habeebur Rahman, Rajesh Kumar, Bhanu Ranjan, Kumar Kaushlendra, Davinder Kaur
Nano Energy ( IF 16.8 ) Pub Date : 2024-11-03 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2024.110441 Satyam Shankhdhar, Diksha Arora, Habeebur Rahman, Rajesh Kumar, Bhanu Ranjan, Kumar Kaushlendra, Davinder Kaur
Multifunctional piezoelectric nanogenerators (PENG) hold significant potential in developing smart sensing technologies for the military, healthcare, and industrial sectors. Here, we present the efficient energy harvesting from mechanical and magnetic stimuli in 0.67Pb (Mg1/3 Nb2/3 )O3 -0.33PbTiO3 (PMN-PT) / Ni50 Mn35 In15 (Ni-Mn-In)-based PENG fabricated on a flexible nickel substrate using the DC/RF magnetron sputtering technique. The performance of the device has been assessed by imparting forces in the range of 0.12–0.61 N using various weights, finger tapping, bending, and magnetic fields. The device generates the maximum open circuit voltage (Voc ) of 9.3 V and 6 V with 0.61 N of force and finger tapping, respectively. The corresponding short circuit current (Isc ) has been obtained as 1.33 µA (0.61 N) and 0.9 µA (finger tapping). The device shows a maximum Voc of 10.6 V and Isc of 1.51 µA at the bending angle of 120° . Furthermore, the Voc and Isc have increased from 0 mV and 0 nA to 240 mV and 35 nA under the presence of 0 Oe to 500 Oe of DC magnetic field, respectively. The fabricated device exhibited a power density of 2.7 µW/cm2 with a high mechanical stability of 2500 cycles. Additionally, LEDs of green, red, yellow, and white color have been illuminated. The receptiveness of the fabricated PENG towards mechanical and magnetic stimuli highlights its potential in areas such as tactile sensing, wearable electronics, human-machine interfaces, and biomedical devices.
中文翻译:
利用基于 PMN-PT/Ni-Mn-In 的柔性压电纳米发电机的机械能和磁能
多功能压电纳米发电机 (PENG) 在为军事、医疗保健和工业部门开发智能传感技术方面具有巨大潜力。在这里,我们介绍了使用 DC/RF 磁控溅射技术在柔性镍衬底上制造的基于 0.67Pb (Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3 (PMN-PT) / Ni50Mn35In15 (Ni-Mn-In) 的 PENG 中从机械和磁刺激中高效收集能量。通过使用各种砝码施加 0.12-0.61 N 范围内的力、手指敲击、弯曲和磁场来评估该设备的性能。该器件分别以 0.61 N 的力和手指敲击产生 9.3 V 和 6 V 的最大开路电压 (Voc)。相应的短路电流 (Isc) 为 1.33 μA (0.61 N) 和 0.9 μA(手指敲击)。在 120° 的弯曲角度下,该器件的最大 Voc 为 10.6 V,Isc 为 1.51 μA。此外,在 0 Oe 至 500 Oe 直流磁场存在下,Voc 和 Isc 分别从 0 mV 和 0 nA 增加到 240 mV 和 35 nA。制造的器件具有 2.7 μW/cm2 的功率密度和 2500 次循环的高机械稳定性。此外,绿色、红色、黄色和白色的 LED 已被点亮。制造的 PENG 对机械和磁刺激的接受性凸显了其在触觉传感、可穿戴电子设备、人机界面和生物医学设备等领域的潜力。
更新日期:2024-11-03
中文翻译:
利用基于 PMN-PT/Ni-Mn-In 的柔性压电纳米发电机的机械能和磁能
多功能压电纳米发电机 (PENG) 在为军事、医疗保健和工业部门开发智能传感技术方面具有巨大潜力。在这里,我们介绍了使用 DC/RF 磁控溅射技术在柔性镍衬底上制造的基于 0.67Pb (Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3 (PMN-PT) / Ni50Mn35In15 (Ni-Mn-In) 的 PENG 中从机械和磁刺激中高效收集能量。通过使用各种砝码施加 0.12-0.61 N 范围内的力、手指敲击、弯曲和磁场来评估该设备的性能。该器件分别以 0.61 N 的力和手指敲击产生 9.3 V 和 6 V 的最大开路电压 (Voc)。相应的短路电流 (Isc) 为 1.33 μA (0.61 N) 和 0.9 μA(手指敲击)。在 120° 的弯曲角度下,该器件的最大 Voc 为 10.6 V,Isc 为 1.51 μA。此外,在 0 Oe 至 500 Oe 直流磁场存在下,Voc 和 Isc 分别从 0 mV 和 0 nA 增加到 240 mV 和 35 nA。制造的器件具有 2.7 μW/cm2 的功率密度和 2500 次循环的高机械稳定性。此外,绿色、红色、黄色和白色的 LED 已被点亮。制造的 PENG 对机械和磁刺激的接受性凸显了其在触觉传感、可穿戴电子设备、人机界面和生物医学设备等领域的潜力。