來自中國河南大學的研究人員新近開發了一種新型陶瓷纖維，能顯著提升壓電納米發電機（PENGs）的效能。根據報導，這項新技術可以使納米發電機的輸出功率提高三倍，並實現對電網的準確、自供電監測。壓電材料在受到壓迫、拉伸或振動時會產生電能，PENGs則利用這一效應從機械運動中捕獲微量能量，例如從電線的振動、人類運動或機械運作中獲取能量。
研究團隊透過在陶瓷（BCZT，即鋇鈣鋯鈦酸鹽）表面塗覆銀奈米顆粒，創造出類似樹枝的陶瓷纖維。這些纖維形成了一種異質結構（不同材料的混合結構），能改善電荷的分離和傳輸方式。這就像為纖維提供了額外的電流流通通道，以及更好的「電荷儲存」能力。這種新材料的意義在於，它以兩個主要方式增強了納米發電機的性能。
首先，材料內部的電荷排列得更為緊密，提高了極化效率，從而產生更多電能。其次，電荷的運輸效率也得到了改善。在受到壓迫時，「肖特基障礙」（銀與陶瓷之間的能量邊界）能幫助導引電荷沿正確的方向流動，而不是隨意散射。根據團隊的研究論文，將這種纖維混入塑膠（PVDF）後，納米發電機能產生 96.4 伏特和 15.52 微安培的電流。
這樣的輸出效能是使用特殊纖維之前的 3 至 6 倍之多，顯示了新材料的潛力。研究團隊還建立了一個原型系統來測試該材料，並監測電力傳輸線。他們發現納米發電機能夠從電線本身捕獲振動能量（因此不需要電池）。如果與電路、無線通信和機器學習相結合，該系統能夠檢測振動阻尼裝置是否正常運作，是否開始故障或已經損壞。
根據研究團隊的說法，這項技術的準確度可達 96%，顯示出其在自供電智能傳感器應用於電網方面的潛力，使維護工作更加快速、便宜和安全。儘管如此，值得注意的是，這仍然是一項早期研究，團隊需要克服一些技術問題，才能使其在現實世界中實用化。
例如，他們需要進一步提高輸出功率，並將其與電子產品無縫整合。他們還需要確保這項技術真正實現自供電，並能在複雜的現實電網條件下正常運作。河南大學物理與電子學院的材料科學家盧浩偉教授表示：「這種卓越的電輸出性能對於在傳感應用中與能源管理電路和信號識別系統的高效整合至關重要。」從更宏觀的角度看，這是朝著開發無需電池的自供電傳感器邁出的重要一步，尤其是在關鍵基礎設施如電網中。如果這項技術能夠擴展，那麼便意味著未來的智能監測系統能夠省去維護人員不斷更換電池的麻煩，這將對於提高可靠性和降低成本具有重要意義。該研究已發表於《先進陶瓷期刊》。
