一种用于高性能能量收集装置的柔性PVDF纤维基聚合物复合材料的制备与表征

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:52
文章英文标题
Fabrication and Characterization of a Flexible PVDF Fiber-based Polymer Composite for High-performance Energy Harvesting Devices
正文
聚偏氟乙烯( PVDF ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )柔性复合材料的制备与表征聚偏氟乙烯( PVDF )、聚偏氟乙烯( EpCA )静电纺丝、能量收集装置、微纤基复合材料、压电聚合物、柔性聚偏氟乙烯( PVDF ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料具有高压电性和力敏性,在生物力学能量收集、自供电健康监测系统、压力传感器等领域具有巨大的应用潜力。采用X射线衍射( XRD )和定制的实验装置对复合材料的结晶、压电和电学性能进行了表征。该复合材料可承受高达100 %的应变,比文献中的整体式PVDF纤维和其他PVDF基复合材料有很大的提高。杨氏模量为1.64 MPa,与人体皮肤的柔韧性紧密匹配,显示了将PVDF / PDMS复合材料集成到可穿戴设备和植入式医疗器械中的可能性。$300{\\mu}m$厚复合材料具有体积分数为14 %的PVDF纤维并产生较高的压电性,其压电电荷常数$d_{31}=19pC/N$和$d_{33}=34pC/N$,压电电压常数$g_{31}=33.9mV/N$和$g_{33}=61.2mV/N$。在10Hz的驱动下,输出电压被测量在190mVpp,这是PVDF光纤原型产生的最大输出信号。
文章内容(英文)
Fabrication and Characterization of a Flexible PVDF Fiber-based Polymer Composite for High-performance Energy Harvesting Devicespolyvinylidene fluoride;EpCA electrospinning;energy harvesting device;microfiber-based composite;piezoelectric polymer;A flexible polyvinylidene fluoride (PVDF)/polydimethylsiloxane (PDMS) composite prototype with high piezoelectricity and force sensitivity was constructed, and its huge potential for applications such as biomechanical energy harvesting, self-powered health monitoring system, and pressure sensors was proved. The crystallization, piezoelectric, and electrical properties of the composites were characterized using an X-ray diffraction (XRD) experiment and customized experimental setups. The composite can sustain up to 100% strain, which is a huge improvement over monolithic PVDF fibers and other PVDF-based composites in the literature. The Young's modulus is 1.64 MPa, which is closely matched with the flexibility of the human skin, and shows the possibility for integrating PVDF/PDMS composites into wearable devices and implantable medical devices. The $300{\\mu}m$ thick composite has a 14% volume fraction of PVDF fibers and produces high piezoelectricity with piezoelectric charge constants $d_{31}=19pC/N$ and $d_{33}=34pC/N$, and piezoelectric voltage constants $g_{31}=33.9mV/N$ and $g_{33}=61.2mV/N$. Under a 10 Hz actuation, the output voltage was measured at 190 mVpp, which is the largest output signal generated from a PVDF fiber-based prototype.
来源出处
Journal|[J]Journal of Sensor Science and TechnologyVolume 28, Issue 4. 2019. PP 205-215

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