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用纤维素纳米晶体增强 PVDF-HFP 复合纳米纤维的压电性能

Materials Today Communications ( IF 3.7 ) Pub Date : 2024-04-09 , DOI: 10.1016/j.mtcomm.2024.108872
Jiawei Chen , Jiaxin Fan , Michelle Livojevic , Manisha Gupta , Tian Tang , Cagri Ayranci


随着人们对柔性自供电能源设备的兴趣日益浓厚,聚偏二氟乙烯 (PVDF)、PVDF-三氟乙烯 (PVDF-TrFE 和聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯) (PVDF-HFP) 等压电聚合物引起了研究的广泛关注。其中,PVDF-HFP 在收集机械能并将其转化为电能方面显示出巨大的研究潜力。与其他一些 PVDF 共聚物相比,它的成本较低,因此特别有吸引力。在本研究中,采用纤维素纳米晶体 (CNC) 作为填料,通过静电纺丝生产 PVDF-HFP 纳米纤维,以提高其压电性能。在溶液中用高达 1 wt% 的 CNC 获得光滑且无珠子的纤维。CNC 的加入增加了纤维直径的均匀性并提高了热稳定性。较高的 CNC 浓度 (2-3 wt%) 会产生团聚,并对 PVDF-HFP 分子的非极性相向电活性相的转化产生不利影响。在 1 wt% 的最佳 CNC 浓度下,1 cm2 样品的电压和电流灵敏度分别为 0.146±0.048 mV/mN 和 0.009±0.003 nA/mN。在 40 N 的平均冲击力下实现了 2.69±1.11 V 的开路电压输出,并且随着施加力的大小和频率的增加而增加。复合纳米纤维的力学性能在 0.5 wt% CNC 时最高,拉伸强度为 37.85±4.35 MPa,弹性模量为 124.96±42.17 MPa,失效应变为 82.32±14.84 %。CNC 辅助静电纺丝 PVDF-HFP 纤维的压电和机械性能得到改善,将为灵活的能量收集系统开辟新的途径。




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更新日期:2024-04-09
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