Enhancing nanostructure and energy harvesting efficiency in sustainable BCZT piezoelectric materials through calcination temperature optimization
Notice bibliographique
Résumé
Nanogenerators play a pivotal role in advancing sustainability by enabling wireless sensors to harvest energy from ambient sources. Optimizing their performance is crucial for enhancing energy conversion efficiency and ensuring reliable operation in real-world scenarios. Although calcination temperature has a critical parameter in the synthesis of piezoelectric materials that fundamentally determines their grain size, phase purity, crystalline structure, and, ultimately, their energy conversion efficiency, no studies have yet explored its potential to improve the performance of energy harvesters. This work investigates the influence of calcination temperature on the structural and functional properties of BCZT nanopowder, and its resulting energy conversion performance. Using the sol-gel method, BCZT powders were synthesized at temperatures ranging from 600°C to 1000°C. The results demonstrate that 900°C is the optimal calcination temperature, producing nanopowders with superior structural and functional characteristics. At this temperature, XRD and Rietveld refinement revealed an optimal morphotropic phase boundary with a crystal size of 18.16 nm, while SEM shows uniform particle distribution of around 68.9 nm, significantly smaller than the previously reported particle size achieved by the sol-gel method, which ranged from 0.8 μm to 60.5 μm. Furthermore, Raman spectroscopy confirmed high crystallinity and phase purity. Furthermore, Raman spectroscopy affirmed high crystallinity and phase purity. To better analyze the resulting properties in composite form, the different nanopowders were incorporated into the PDMS polymer. The BCZT-900/PDMS nanocomposite exhibits excellent energy harvesting properties, with a 100% increase in open-circuit voltage (7.8 V) and output power (4.52 μW) under cyclic loading. The device shows excellent durability over 5,000 cycles with a Young's modulus of 2.18 MPa and an elongation at break of 101.32%. An Ising-like model was also used to simulate the piezoelectric behavior, with the Hamiltonian solved by the Monte Carlo Metropolis method. The simulation results were in agreement with the experimental observations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».