想象一下，轮胎能够在移动中为车辆充电，路灯由经过交通的振动照亮，或高耸的建筑物通过其自然摇摆产生电力。这些引人入胜的能源解决方案可能很快成为现实，这要归功于研究人员专注于在受压或受到振动时产生电力的可持续材料。
想象一下，轮胎能够在移动中为车辆充电，路灯由经过交通的振动照亮，或高耸的建筑物通过其自然摇摆产生电力。
这样的创新能源解决方案可能很快会被伦斯勒理工学院的研究人员实现，他们正在开发环保材料，通过压缩或振动产生电力。
在最近发表在《自然通讯》期刊上的一项研究中，研究团队创建了一种聚合物薄膜，包含一种独特的硫族元素钙钛矿化合物，能够在机械应力下产生电力——这一过程称为压电效应。尽管还有其他压电材料可用，但这种材料脱颖而出，成为一种领先选择，因为它不含铅，使其非常适合用于机械、基础设施和生物医学设备。
“我们对我们的发现及其对可再生能源过渡的潜力感到兴奋，”研究的主要作者、机械、航空航天与核工程系教授尼基尔·科拉特卡尔（Nikhil Koratkar）博士表示。“铅是有害的，其使用越来越受到限制。我们的使命是开发一种无铅材料，并能使用自然界中 readily available的元素以经济合理的方式生产。”
科拉特卡尔指出，这种仅厚0.3毫米的能源收集薄膜可以集成到许多设备、机器和结构中。
“最终，这种材料将机械能转化为电能——施加的压力越大，覆盖的表面积越大，产生的电力就越多，”科拉特卡尔解释说。“例如，它可以安装在道路下方，车辆经过时产生电力，或嵌入建筑材料中，以从建筑振动中发电。”
压电效应发生在结构不对称的材料中。当受到应力时，这些材料发生变形，导致它们内部正负离子的分离。这种分离在科学上称为“偶极矩”，可以被捕获以产生电流。RPI团队发现的硫族元素钙钛矿特别有效，因为它的结构对称性在受到应力时可以显著破坏，从而产生强大的压电响应。
在创建这种含有钡、锆和硫的新材料后，研究人员通过测试其在行走、奔跑、拍手和指尖敲击等各种运动下产生电力的能力进行了评估。
结果表明，这种材料可以产生足够的电力为照亮字母RPI的LED灯组供电。
“这些发现表明，这项技术可能是有益的，例如在跑步者或骑自行车者穿戴的装备中，提高他们鞋子或头盔的可见性。然而，我们把这视为单纯的概念验证；我们的目标是最终在更大范围内实施这种材料，以显著影响能源生成，”科拉特卡尔说道。
展望未来，科拉特卡尔的实验室计划研究更广泛的硫族元素钙钛矿化合物，以确定哪些可能产生更强的压电效应。他表示，人工智能和机器学习可能在这一努力中发挥关键作用。
“可持续能源生产的需求对我们的未来至关重要，”RPI工程学院院长谢卡尔·加尔德（Shekhar Garde）博士评论道。“科拉特卡尔教授的研究展示了材料发现方面的创新策略如何能够应对全球挑战。”
