近年来，聚偏氟乙烯（PVDF）基压电材料在智能穿戴、健康管理、能量收集、环境保护等领域受到了越来越多的关注。传统的PVDF基压电材料的制备工艺，例如流延、热压、浇铸等通常得到的是α晶型的压电材料，这限制了其压电性能的提升，往往需要进行极化等后处理，这使得工艺变得复杂。此外，这些工艺得到的制品多为薄膜状，这限制了它的应用空间。因此，通过选择合适的工艺制备具有良好压电性能的压电材料，同时将该材料应用于健康监测、自供能传感等领域是我们的研究重点。

近日，郑州大学郑国强教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了静电纺芯鞘结构PVDF压电纤维用于自供能传感研究。通过自制的收集装置制备了性能特点不同的柔性以及弹簧状压电纤维传感器，分别在弯曲模式以及压缩模式下测试了其压电性能，进而将其用在健康监测等领域。

图2. 睡眠监测示意图、动作信号测试图以及数据统计图。

静电纺丝工艺具有原位极化和机械拉伸的优势，通过FTIR、XRD等测试证明了电纺之后压电聚合物中β晶的相对含量有着明显的提升。此外，将柔性压电纤维传感器和弹簧状压电纤维传感器分别在弯曲和压缩模式下测试了其压电输出性能，均有不错的表现。通过COMSOL软件对压电器件工作状态时的应力分布和电势分布进行了模拟分析，最后将其应用在风速传感和睡眠监测等领域，也同样表现出良好的实验预期。

研究团队通过静电纺丝和自制接收装置制备了芯鞘结构PVDF压电纤维，进一步组装得到柔性压电纤维传感器和弹簧状压电纤维传感器，基础性能测试表明其具有良好的压电性能，并将其用于风速传感和睡眠监测等领域。值得注意的是，基于压电纤维传感器构建的睡眠监测系统在人体睡眠障碍诊断和长期睡眠行为监测具有指导意义。后续我们将进一步提高性能性能、完善测试装置，推动压电传感器在健康监测等领域的实际应用。

相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，郑州大学硕士研究生李龙飞为文章的第一作者，郑国强教授为通讯作者。

近年来，郑国强教授带领研究团队围绕热塑性高分子材料功能化成型开展大量工作，并取得了一系列的研究成果，受到了同行的广泛关注。这些研究得到了国家自然科学基金、河南省高校创新团队等项目资助。

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ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 12, 15938–15945

Publication Date:March 14, 2023

https://doi.org/10.1021/acsami.2c20512 

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