“三头”六臂，三面逢“源”的钙钛矿！

欧洲足球赛事 注：钙钛矿太阳能电池的研究炙手可热，但是大部分研究仅限于光电效应，而通常意义上的多源发电设备也仅仅是将不同机制的发电材料简单粗暴的组合。芬兰科学家的研究为我们带来了“三头”六臂，三面逢“源”的钙钛矿，光电、热电和压电性能火力全开。

芬兰的研究人员研发了一种新型材料，它可以同时从光、热和机械力中获取能量，这很有可能淘汰当前小型设备中使用的电池。如果你想使用多种方法来发电，例如废热和运动，你通常需要将利用不同机制发电的产品结合在一起。 现在芬兰奥卢大学的研究人员发现了一种能够同时利用光、热和机械力产生能量的晶体矿物材料，为多源发电设备开辟了全新的可能。

研究人员使用的材料是钙钛矿材料，一组具有与天然存在的钛酸钙（CaTiO 3）矿物相同晶型的矿物质，并且已知其具有帮助太阳能电池促进光电转化的能力 ，甚至有助于产生超高效的发光晶体。不同类型的钙钛矿具有利用不同类型能量的能力。例如， 当某种类型的钙钛矿太阳能电池暴露于光照下时，光子使得晶体中的电子越过“能隙”并产生电流；而当将热能或热作用于另一种类型的钙钛矿时，其中电子的激发导致电流流动（称为热电效应）时，也会发生类似的效应。使这种材料变形也可以产生电流，由于对外部刺激的响应而使得钙钛矿中的结晶原子结构弯曲，导致结构中的电子的磁偶极子被迫失准，从而产生电流，即所谓的压电效应。

奥卢大学团队使用的材料则能够同时利用这三种类型的能量产生电流。所讨论的钙钛矿的类型由所谓的KBNNO产生，其是在添加大量的钡和镍来改性KNbO 3纳米晶体时形成的。 以前的研究只集中在零下几百摄氏度下KBNNO的光电和磁性性质，并且没有测试压力或温度的影响。 根据研究人员介绍，他们的工作是第一次在室温以上完整地评估了压力、热、磁和光对KBNNO地所有性能的影响。

研究人员声称，他们的初步实验表明，KBNNO非常适合利用光产生电流，但是它在热和压力下产生电流的能力不如其他钙钛矿那么好。 但他们有信心，改变KBNNO中的元素平衡将大大提高其压电和热电能力。“所有这些性能都可能被调整到最大化”，奥卢大学博士Yang Bai说，他打算在明年建立一个多能源设备的原型。 “这将推动物联网和智能城市的发展，使其中耗电的传感器和设备可以拥有可持续的能源。”

目前，研究人员在探索钠的添加可能带来的潜在的提高，并希望最终将其发现商业化，指出其生产是一个直接和可扩展的过程。 研究人员还认为，这种类型的材料最终可以用于移动设备中来补充电池，以提高能量效率和减少再充电周期，或者有一天，创建多能量收集单元，甚至可能使小型设备的电池被淘汰。

目前该研究成果已在期刊Applied Physics Letters发表。

原文链接：Triple threat: Perovskite material generates electricity from light, heat, and movement.

文献链接：Ferroelectric, pyroelectric, and piezoelectric properties of a photovoltaic perovskite oxide

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，洪扬编译，点我加入材料人编辑部

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