印度理工學院甘地納加爾校區(qū)（IIT Gandhinagar）的Rupak Banerjee教授帶領Tufan Paul組成的研究團隊，于2023年7月13日在ACS Appl. Mater. Interfaces上發(fā)表了一項最新研究成果。

該研究的主要目標是開發(fā)一種無鉛的有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料，用于生物力學能量收集和壓力感應應用。傳統(tǒng)的有機-無機鹵化物鈣鈦礦材料，如CH3NH3PbI3，具有優(yōu)異的光電性能，但也存在長期穩(wěn)定性差和鉛污染的問題。因此，該團隊探索了Cs2SnX6（X = Cl、Br和I）化合物作為一種環(huán)境友好和可持續(xù)的替代方案。這些化合物不含鉛，并具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和光電性能。此外，它們還可以與壓電聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）結合，制備自供電的壓電納米發(fā)電器（PENGs）。

該研究使用了Enlitech的QE-R量子效率測量系統(tǒng)，進行了紫外可見反射光譜響應測量，QE-R量子效率系統(tǒng)可提供各種太陽能電池精準的EQE檢測數(shù)據(jù)。搭配光焱（Enlitech）配套開發(fā)的自動化檢查軟件，使其IPCE、IQE和光譜響應數(shù)據(jù)的檢測準確快速，QE-R量子效率光學儀的檢測量子效率結果被高影響因子期刊廣泛采用和引用。

Rupak Banerjee教授團隊使用溶劑熱法合成了Cs2SnX6納米結構，并與PVDF混合制成復合薄膜。他們發(fā)現(xiàn)，Cs2SnX6的加入可以增強PVDF中的電活性相，從而提高復合薄膜的壓電性能。他們還使用第一原理密度泛函理論（DFT）計算來分析Cs2SnX6和PVDF之間的界面作用，揭示了鈣鈦礦和PVDF之間存在物理吸附作用，導致壓電反應增強的機制。他們系統(tǒng)地改變了無機Cs2SnX6鈣鈦礦中的鹵素離子，并研究了相應的PENGs的壓電行為。此外，他們還測量了這些鹵素鈣鈦礦基混合物的介電性質(zhì)、壓電反應幅度、壓電輸出信號和充電容量。

在眾多制備的薄膜中，優(yōu)化的Cs2SnI6_PVDF薄膜表現(xiàn)出最高的壓電系數(shù)（d33）值，約為200 pm V–1，并且從壓電力顯微鏡和極化滯回曲線測量中得到了約0.74 μC cm–2的剩余極化。優(yōu)化的Cs2SnI6_PVDF基設備在受到周期性垂直壓縮時產(chǎn)生了約167 V的瞬時輸出電壓，約5.0 μA的電流和約835 μW的功率。該設備的輸出電壓用于對一個10 μF的電容器充電，充到2.2 V后，可以驅(qū)動一些商業(yè)LED。除了用作壓力傳感器，該設備還用于監(jiān)測人體生理活動。該設備在環(huán)境中展示了出色的操作耐久性，證明了它在機械能量收集和壓力感應應用方面的潛力。

這項研究為開發(fā)無鉛鹵化物鈣鈦礦材料提供了一種新的思路，并為利用生物力學能量驅(qū)動可穿戴設備和自供電系統(tǒng)提供了一種有效的方法。該研究團隊表示，他們將繼續(xù)優(yōu)化這些材料和設備的性能，并探索更多的應用場景。