想象一下，在车辆行驶时为车辆充电的轮胎，由交通隆隆声供电的路灯，或者随着建筑物自然摇晃和颤抖而发电的摩天大楼。

这些能源创新之所以成为可能，要归功于伦斯勒理工学院的研究人员，他们正在开发环保材料，这些材料在压缩或受到振动时可以发电。

在一个最近的研究发表在期刊上自然通讯，该团队开发了一个聚合物薄膜注入了特殊的硫族钙钛矿化合物，在挤压或受压时会产生电流，这种现象称为压电效应。

虽然目前存在其他压电材料，但这是少数不含铅的高性能材料之一，使其成为机器、基础设施以及生物医学应用的绝佳候选材料。

“我们对我们的发现及其支持过渡的潜力感到兴奋和鼓舞绿色能源，”该研究的通讯作者、机械、航空航天和核工程系的约翰·A·克拉克和爱德华·T·克罗桑教授尼基尔·科拉特卡（Nikhil Koratkar）博士说。

“铅有毒，在材料和设备中越来越受到限制和淘汰。我们的目标是创造一种无铅材料，并且可以使用自然界中常见的元素以廉价的方式制造。”

Koratkar 解释说，这种能量收集薄膜厚度仅为 0.3 毫米，可以集成到各种设备、机器和结构中。

“本质上，材料转化为机械能进入电能——施加的压力负载越大，施加压力的表面积越大，效果就越大，”科拉特卡说。“例如，它可以用在高速公路下方，当汽车驶过高速公路时发电。它还可以用于建筑材料，在建筑物振动时发电。”

压电效应发生在缺乏结构对称性的材料中。在压力下，压电材料变形导致材料内的正​​离子和负离子分离。这 ”偶极矩，”正如科学所知，可以被利用并转化为电流。

在RPI团队发现的硫系钙钛矿材料中，结构对称性在压力下很容易被破坏，从而产生明显的压电响应。

一旦他们合成了含有钡、锆和硫的新材料，研究人员就通过各种身体运动（例如行走、跑步、拍手和敲击手指）来测试其发电能力。

研究人员发现，这种材料在这些实验中产生的电力，甚至足以为显示 RPI 的 LED 电源组供电。

“这些测试表明，这项技术可能很有用，例如，在跑步者或骑自行车者佩戴的设备中，可以照亮他们的鞋子或头盔，使它们更加明显。然而，这只是一个概念证明，我们希望最终看到这种材料大规模实施，它可以真正发挥作用能源生产，”科拉特卡说。

展望未来，Koratkar 的实验室将探索整个硫系钙钛矿化合物家族，寻找那些表现出更强的钙钛矿化合物。压电效应。人工智能和机器学习科拉特卡说，这可能是实现这一目标的有用工具。

RPI 工程学院院长 Shekhar Garde 博士表示：“可持续能源生产对我们的未来至关重要。”“科拉特卡教授的工作是一个很好的例子，说明材料发现的创新方法如何帮助解决全球问题。”