自从发现通过机械运动发电的压电材料以来，人们对开发能量发生器以开发自给自足的电子设备产生了兴趣。然而，这些材料中的许多具有较差的介电特性并且不能保留其极化电荷。

现在，研究人员开发了一种由无毒材料制成的复合薄膜，该薄膜具有良好的介电强度并显示出剩余极化，为提高性能的能量发生器铺平了道路。

推动低功耗、节能设备一直是电子行业一直追求的方向。转向低功率 LED 照明就是这种趋势的一个很好的例子。另一个途径是开发能量收集、自给自足的设备。这里的想法是使用显示压电和摩擦电效应的材料将机械能转换为电能。压电材料在受到机械应力时会产生电荷，而摩擦电效应是两种不同材料相互接触后电荷的积累。

压电纳米发电机（PENG）、摩擦纳米发电机（TENG），甚至具有改进能量收集能力的混合压电-摩擦能量收集器（HNG）已经被开发出来，旨在通过简单的运动为低功率电子设备供电。这些设备通常需要保持其极化的介电材料，而显示铁磁和铁磁特性的多铁性材料适用于这项任务。

现在，在最近发表在《纳米能源》（“Lead-free flexible Bismuth Titanate-PDMS composites: A multifunctional colossal dielectric material for hybrid piezo-triboelectric nanogenerator to sustainably power portable electronics”）上的一项研究中，大邱庆北科学技术研究所的研究人员（ DGIST)、韩国和印度古瓦哈提的印度理工学院开发了一种复合薄膜，可与其他材料结合使用以生产能量收集发电机。

该复合薄膜是使用一种具有成本效益的技术开发的，其中将多铁性材料钛酸铋 Bi 4 Ti 3 O 12（或 BiTO）添加到柔性摩擦电聚合物 (PDMS) 中。“我们在这项工作背后的主要动机是为混合压电摩擦电能量收集器开发一种具有高介电常数的室温多铁性材料，”领导这项研究的 DGIST 教授 Hoe Joon Kim 解释说。通过将 BiTO-PDMS 薄膜夹在铝层之间，研究人员制造了一种 HNG，可在按下和释放时产生电荷。

但是这些多层是如何产生电流的呢？答案在于薄膜的特性及其对机械作用的反应。这些层起到电极的作用，当设备被按压和释放时，薄膜的压电和摩擦电性质相互协同，在电极上产生电荷，产生电压。发现这种协同效应可以提高能量收集性能。通过使用多个这些 HNG，研究人员构建了一个能够为手表和计算器供电的多单元 HNG。

这些纳米发电机的紧凑性和小尺寸在可穿戴技术中具有巨大的潜力，可以由生物力学运动提供动力。（图片：DGIST）

金教授对这项研究的意义感到兴奋，他说，首次实现了具有巨大介电常数的单相室温多铁性材料。聚合物的内部偏振放大得到了改进，提高了混合能量收集器的能量收集性能。

随着在提高纳米发电机能量收集性能方面不断取得进展，这些微型设备有朝一日可能会在许多情况下使电池失效，从而使电子设备更加可持续和自给自足。