新型压电纤维使压电纳米发电机系统监测电网振动状态的准确率达96%。

据报道，中国河南大学的研究人员开发出一种新型陶瓷纤维，可显著提升压电纳米发电机（PENG）的效能。这项突破性技术能使纳米发电机输出功率提升三倍，并实现精准的自供电电网监测。

压电材料在受压、拉伸或振动时会产生电能。压电纳米发电机利用这一特性，从机械运动（如电线振动、人体活动或设备运行）中收集微量能量。研究团队通过将银纳米颗粒覆着于锆钛酸钡钙（BCZT）陶瓷上，制备出分支状陶瓷纤维。这些纤维形成异质结构（由不同材料组成的混合结构），显著改善了电荷分离与传输效率。

这种设计相当于为纤维增加了额外的电流通路，并提升"电荷存储"能力。新材料的重大意义体现在两大核心突破：一是通过增强材料内部电荷的有序排列提升极化效率，从而产生更多电能；二是实现更高效的电荷传输。当材料受压时，银与陶瓷之间形成的"肖特基势垒"能有效引导电荷定向移动而非散逸。

根据团队发表的研究论文，将这种纤维混入聚偏氟乙烯（PVDF）塑料后，纳米发电机可输出96.4伏电压和15.52微安电流。这意味着其输出功率较未添加特殊纤维时提升3至6倍。

研究人员构建了原型系统进行材料测试和输电线路监测。实验表明，该纳米发电机可直接从输电线振动中采集能量（无需电池）。若结合电路系统、无线通信与机器学习技术，可精准判断减振装置的工作状态、早期故障或完全失效。团队声称其监测准确率最高可达96%，展现了其在电网自供电智能传感器领域的应用潜力，能够实现更快速、经济、安全的电网维护。

需要强调的是，该项研究仍处于早期阶段。要实现实际应用，团队还需解决若干问题：包括进一步提升输出功率、实现与电子设备的无缝集成、确保完全自供电无需外部电源，以及证明其在复杂真实电网环境中的可靠性。

河南大学物理与电子学院材料科学家卢浩伟教授表示："卓越的电输出性能对于传感应用中与能量管理电路、信号识别系统的高效集成至关重要。"从更宏观视角看，这项研究为推动电网等关键基础设施走向无电池自供电传感器迈出重要一步。若实现规模化应用，意味着智能监测系统将不再需要维护人员频繁更换电池，这对可靠性和成本控制都具有重大意义。

该项研究成果已发表于《先进陶瓷》期刊。

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