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通过静电纺丝制备PAN/ZnO纳米纤维作为压电纳米发电机
摘要： 压电纳米发电机是一种将机械能转化为电能的材料。本研究旨在探究不锈钢基底上PAN/ZnO纳米纤维层的压电纳米发电机特性。实验采用共沉淀法合成了ZnO纳米颗粒，并将其与溶解于DMF的PAN混合，通过静电纺丝法在不锈钢基底上制备PAN-ZnO纳米纤维。利用XRD、SEM和FTIR对形成的PAN/ZnO纳米纤维进行表征。为测试压电性能，将PAN/ZnO纳米纤维与PAN纳米纤维复合后涂覆在不锈钢基底上制成压电纳米发电机器件，连接静电计和示波器测量弯曲产生的电流电压值。XRD结果显示ZnO纳米颗粒具有纤锌矿晶体结构，粒径约46纳米，而PAN/ZnO呈非晶态结构。压电性能测试表明该器件开路电压达7.22伏，短路电流为47.48微安。不锈钢基底上的PAN/ZnO纳米纤维有望成为通用型压电纳米发电机材料。
关键词： 静电纺丝、PAN/ZnO纳米纤维、能量收集、压电纳米发电机
更新于2025-09-23 15:23:52
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用于提升聚偏氟乙烯基压电纳米发电机性能的纳米纤维型疏水有机材料电极的合成与表征
摘要： 采用十二烷基硫酸钠（SDS）作为阴离子表面活性剂掺杂剂，通过氧化聚合合成了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）衍生物。所得聚合物材料具有纳米纤维型一维（1D）结构，分别被鉴定为聚(2-丁基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二噁英:十二烷基硫酸盐（PEDOT-C4:DS）和聚(2-己基-2,3-二氢噻吩并[3,4-b][1,4]二噁英:十二烷基硫酸盐（PEDOT-C6:DS）。PEDOT-C4:DS和PEDOT-C6:DS中掺杂的DS阴离子比例分别为0.16和0.23。PEDOT-C4:DS和PEDOT-C6:DS薄膜的水接触角分别为76.6°和87.7°，表现出与PVDF上水类似的疏水特性。由于优异的表面匹配性，这促进了完全均匀的成膜。PEDOT-C4:DS和PEDOT-C6:DS的剥离力强于PEDOT:PSS-CNT复合材料。GIWAX分析显示，PEDOT-C4:DS形成了高度有序的edge-on结构，而PEDOT-C6:DS形成了主要由edge-on结构和少量face-on结构组成的双峰取向。PEDOT-C4:DS的电导率（σPEDOT-C4:DS=50.0 S cm-1）是PEDOT:PSS（σPEDOT:PSS=1.2 S cm-1）的41.7倍。使用这些材料作为电极的压电纳米发电机（PNGs，电极/PVDF/电极）的输出信号（最大电压/电流）为：PNG-1（PEDOT:PSS-CNT复合材料）1.25 V/128.5 nA，PNG-2（PEDOT-C4:DS）1.54 V/166.0 nA，PNG-3（PEDOT-C6:DS）1.49 V/159.0 nA。其中，PNG-2和PNG-3在9 MΩ下显示出最大压电输出功率分别为63.0 nW和59.9 nW，而PNG-1在10 MΩ下为41.0 nW。其输出功率提高了高达53.7%。压电活性材料与电极材料之间的优异表面匹配性导致了高输出功率。
关键词： 4-乙撑二氧噻吩衍生物、聚(3,纳米纤维网络、压电纳米发电机、纳米纤维、疏水性
更新于2025-09-23 15:23:52
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三维核-多壳压电纳米发电机
摘要： 薄膜结构在能量收集系统中相比一维实现方式具有明显的实际优势，例如易于制造加工、器件寿命长且性能稳定。然而基于氧化锌的压电纳米发电机（PENGs）通常依赖单晶纳米线的应用——因其沿c轴方向的自取向特性及承受大形变的能力，从而获得优异的压电性能。本文展示了一种创新方法：通过结合室温等离子体辅助沉积制备的多晶氧化锌层与作为一维支架的小分子有机纳米线（ONWs）来制造PENGs。这种混合纳米结构呈现复杂的核壳形态，由单晶有机纳米线被多晶氧化锌壳层共形包裹而成，兼具有机核的机械特性与氧化锌层的压电响应。为推进单根导线内多功能集成，我们还开发了包含金壳内电极的ONW-Au-ZnO纳米架构，实现了高达170 mV的压电输出电压。ONW-Au-ZnO器件中功能的协同组合使其性能显著提升，产生的压电电流比ONW-ZnO纳米线高出一个数量级，在同等及更高厚度下优于薄膜纳米发电机。
关键词： 压电纳米发电机、有机纳米线、氧化锌、小分子、等离子体沉积、核壳纳米线
更新于2025-09-23 15:22:29
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实现高性能压电纳米发电机的策略
摘要： 压电纳米发电机在过去十年中备受关注。本研究探讨了压电纳米发电机的发展历程及其在高发电量方面的进展，同时分析了多种类型压电纳米发电机的特性与应用范围。此外，还总结了若干可能提升压电纳米发电机性能的策略。通过比较不同因素下各类压电纳米发电机的开路电压与短路电流，本文也讨论了当前压电纳米发电机存在的问题。最后，对压电纳米发电机的未来前景与发展方向进行了预测。未来研究应聚焦于高性能材料的制备、工作原理与仿真模型的建立、纳米发电机的集成化以及能量收集电路的设计。因此，亟需寻找具有高压电性的功能材料并进一步提升现有压电材料的机电性能。此外，还需深入研究以提高复合材料的稳定性和柔韧性，基于无机纳米粒子的生物相容性开发可穿戴与嵌入式柔性功能器件，并为微电子系统供电。
关键词： 钛酸钡、压电纳米发电机、复合薄膜材料、聚偏氟乙烯、化学掺杂、纳米结构
更新于2025-09-23 15:21:01
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可控核壳结构BaTiO<sub>3</sub>@碳纳米粒子增强型P(VDF-TrFE)复合材料：一种实现高性能压电纳米发电机的低成本方法
摘要： 压电纳米发电机（PENGs）作为从周围环境中收集机械能源的有前景解决方案，在过去十年中备受关注。本研究通过简单的表面修饰法合成了核壳结构BaTiO3@碳（BT@C）纳米颗粒（NPs），并以此制备出高效的PENGs——其与聚[偏氟乙烯-共-三氟乙烯]（P(VDF-TrFE)）复合。均匀厚度为10-15nm的碳壳能增加P(VDF-TrFE)中极性β相的含量，并在极化过程中显著增强BT纳米颗粒与聚合物基体间的界面极化。在所有组分中，15wt% BT@C/P(VDF-TrFE) PENG展现出最优压电性能：在弯曲-释放模式下输出电压约17V，最大功率达14.3μW。更重要的是，该PENG还能有效收集人体活动产生的其他类型机械能，并在1500次弯曲-释放循环后保持稳定输出。当PENG被自行车辐条弯曲敲击时，可产生16V峰值电压，能直接点亮12颗白光LED并为商用电容器充电。本研究从纳米尺度视角为制备柔性高效PENGs提供了新策略，有望应用于能量收集系统和可穿戴电子传感器领域。
关键词： 核壳结构、能量收集、界面极化、复合材料、压电纳米发电机
更新于2025-09-12 10:27:22
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垂直排列的无铅BCTZY纳米纤维，具有增强的电学性能，适用于柔性压电纳米发电机
摘要： 通过静电纺丝法合成了柔性无铅(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3-0.2 mol%Y纳米纤维(BCTZY NFs)，并制备了相应垂直排列的纳米发电机(NGs)。研究了BCTZY NFs的低温烧结特性以优化合成路径并降低烧结过程中的热能消耗。添加Y3+改善了BCTZ基NFs的连续性、柔韧性和稳定性。此外，温度演变的拉曼光谱显示BCTZY NFs具有高达280°C的居里温度（远高于BCTZ基陶瓷块体约90°C的居里温度），这归因于NFs的不连续物理特性。评估并比较了垂直排列BCTZY NFs/PDMS与BCTZ NFs/PDMS复合材料的介电、铁电和压电性能，以验证垂直排列优势和Y3+施主掺杂效应。垂直排列的BCTZY NF基NGs通过手指轻敲可产生平均3.0V开路电压和85nA短路电流，显示出其在微型能量收集中的潜在应用价值。
关键词： 静电纺丝、无铅BCTZY纳米纤维、垂直排列、压电纳米发电机
更新于2025-09-10 09:29:36
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[2018年IEEE第13届纳米/微米工程与分子系统国际年会（NEMS）- 新加坡，新加坡（2018.4.22-2018.4.26）] 2018年IEEE第13届纳米/微米工程与分子系统国际年会（NEMS）- 通过在PVDF-BTO层间夹入静电还原氧化石墨烯层提升压电纳米发电机的能量收集性能
摘要： 本文研究了自极化三层压电纳米发电机（PENGs）的制备与表征。该三层结构通过将表面改性的n型还原氧化石墨烯（n-rGO）层夹在聚偏氟乙烯-钛酸钡（PVDF-BTO）片材之间获得。高电荷n-rGO层无需外加电场即可通过吸引并排列上下PVDF-BTO片材中的偶极子来提高PVDF的结晶度。X射线衍射图谱也证实了PVDF中电活性β相的增强。为进行对比分析，制备了三种不同的单层（PVDF-BTO）、双层（n-rGO/PVDF-BTO）和三层（PVDF-BTO/n-rGO/PVDF-BTO）纳米发电机。其中，三层纳米发电机的开路电压最高达到10 V峰峰值，在2N作用力下短路电流为2.5 μA峰峰值。最后，还测试了所制备纳米发电机在多次按压释放循环下的机械稳定性。据估算，我们制备的PENG有望成为驱动柔性小型电子器件的理想组件。
关键词： 能量收集，n-rGO，PVDF-BTO，压电纳米发电机，柔性电子学
更新于2025-09-04 15:30:14