DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104956
在此，研究者报告了电纺聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜将中低频噪声转换成具有高电压输出的电的新能力。声电器件是通过在两个金属涂层的塑料膜电极之间夹一层PAN纤维膜来制备的。在117 dB的声音（频率100-500 Hz）下，纳米纤维装置可以产生高达58 V和12 µA的峰值电输出，最大输出功率为210.3 µW（面积功率密度为17.53 µW/cm2），远大于其他报道的声电器件。整流后产生的电能可用于直接运行商用电子设备（例如，LED）。它也可以存储在移动电源中，并积累成更大的功率以备将来使用。电纺PAN可以用作将噪声、白色污染回收为可用电能的潜在候选材料。
图1.（a）由8.0wt％电纺溶液制备的PAN纳米纤维的SEM图（比例尺：1µm）；插图：高倍SEM图像（比例尺：200nm）。（b）PAN溶液浓度对PAN纳米纤维膜中纤维直径和曲折构象含量的影响。（c）由不同PAN浓度制备的纳米纤维膜的XRD图谱和（d）FTIR光谱。
图2.（a）声电器件的示意结构；插图：设备的数码照片（比例尺：1cm）。（b）声电转换测试装置的示意图。（c）在SPL 117dB（声音频率230Hz，单频声音）下的声电设备的输出电压和（d）电流。（e）SPL（声音频率230Hz）和（f）声音频率对设备电压输出（SPL 117dB）的影响；插图：在1000-2000Hz声音频率范围内的放大电压输出。（g）外部负载对设备电压输出和瞬时峰值功率输出的影响。（h）纳米纤维装置的输出稳定性测试；插图：电力输出的放大图。（纳米纤维直径：215±50nm；膜厚度：30μm）
图3.（a）聚合物纤维直径对器件电压输出的影响（声频230Hz，SPL 117dB）；（b）对于具有不同纳米纤维直径（纳米纤维膜厚度30µm，声频230Hz）的膜制成的声电器件，电压输出对SPL的依赖性。（c）纳米纤维膜厚度对器件电压输出、（d）功率输出和内部电阻（声音频率230Hz，SPL 117dB）的影响。器件电压输出取决于具有不同膜厚的声电器件（SPL 117dB）的（e）SPL（声音频率230Hz）和（f）频率。（纳米纤维直径215±50nm）
图4.（a）来自不同直径PAN纤维的纳米纤维膜的应力-应变曲线。（b）SPL对不同活性电纺纳米纤维层：PVDF和PAN（纳米纤维膜厚度：30µm；声频：230Hz）的器件电压输出的影响。（c）在中心孔的标记位置（纳米纤维膜厚度为30µm；声频为230Hz），电纺PAN纳米纤维膜和具有相似纤维直径的PVDF纳米纤维膜的振动速度。（d）电纺PAN纳米纤维膜和PVDF纳米纤维膜的应力-应变曲线。（对于c和d，PAN纤维直径312nm，PVDF纳米纤维直径305nm）
图5.（a）整流后的电压和电流输出；插图：用于将AC整流为DC输出的电路原理图。（b）设备产生的原始电压和电流输出；插图：电输出的单个循环。（c）在不同声频（SPL 117dB）下计算出的设备的δ值。（d）显示直接由声电设备供电的商用LED照明的图像。（e）连接不同电容器的设备的电压-充电时间关系。（f）数码照片通过电容器中存储的能量来点亮三盏灯。（g）连接不同可充电电池的设备的电压-充电时间关系。（纳米纤维膜厚度30µm；纳米纤维直径215±50nm；声频230Hz，SPL 117dB）
