想像一下，在車輛行駛時為車輛充電的輪胎，由交通隆隆聲供電的路燈，或是隨著建築物自然搖晃和顫抖而發電的摩天大樓。

這些能源創新之所以成為可能，要歸功於倫斯勒理工學院的研究人員，他們正在開發環保材料，這些材料在壓縮或受到振動時可以產生電力。

在一個最近的研究發表在期刊上自然通訊，該團隊開發了一個聚合物薄膜注入了特殊的硫族鈣鈦礦化合物，在擠壓或受壓時會產生電流，這種現象稱為壓電效應。

雖然目前存在其他壓電材料，但這是少數不含鉛的高性能材料之一，使其成為機器、基礎設施以及生物醫學應用的絕佳候選材料。

「我們對我們的發現及其支持過渡的潛力感到興奮和鼓舞綠色能源，」該研究的通訊作者、機械、航空航天和核工程系的約翰·A·克拉克和愛德華·T·克羅桑教授尼基爾·科拉特卡（Nikhil Koratkar）博士說。

“鉛有毒，在材料和設備中越來越受到限制和淘汰。我們的目標是創造一種無鉛材料，並且可以使用自然界中常見的元素以廉價的方式製造。”

Koratkar 解釋說，這種能量收集薄膜厚度僅為 0.3 毫米，可整合到各種設備、機器和結構中。

「本質上，材料轉化為機械能進入電能——施加的壓力負載越大，施加壓力的表面積越大，效果就越大，」科拉特卡說。「例如，它可以用在高速公路下方，當汽車駛過高速公路時發電。它也可以用於建築材料，在建築物振動時發電。

壓電效應發生在缺乏結構對稱性的材料。在壓力下，壓電材料變形導致材料內的正離子和負離子分離。這 ”偶極矩，”正如科學所知，可以被利用並轉化為電流。

在RPI團隊發現的硫系鈣鈦礦材料中，結構對稱性在壓力下容易被破壞，產生明顯的壓電響應。

一旦他們合成了含有鋇、鋯和硫的新材料，研究人員就透過各種身體運動（例如行走、跑步、拍手和敲擊手指）來測試其發電能力。

研究人員發現，這種材料在這些實驗中產生的電力，甚至足以為顯示 RPI 的 LED 電源組供電。

「這些測試表明，這項技術可能很有用，例如，在跑步者或騎自行車者佩戴的設備中，可以照亮他們的鞋子或頭盔，使它們更加明顯。然而，這只是一個概念證明，我們希望最終看到這種材料大規模實施，它可以真正發揮作用能源生產，」科拉特卡說。

展望未來，Koratkar 的實驗室將探索整個硫系鈣鈦礦化合物家族，尋找那些表現出更強的鈣鈦礦化合物。壓電效應。人工智慧和機器學習科拉特卡說，這可能是實現這一目標的有用工具。

RPI 工程學院院長 Shekhar Garde 博士表示：“永續能源生產對我們的未來至關重要。”“科拉特卡教授的工作是一個很好的例子，說明材料發現的創新方法如何幫助解決全球問題。”