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具有卓越性能与耐用性的光可充电有机-无机染料集成聚合物电池
摘要： 在本研究中，我们提出了一种简单独特的方法来设计一种轻量、低成本且具有显著光电荷生成与存储能力的自充电电源单元——自充电光电电源单元（SCPPC）。首先，通过简单的溶液浇铸工艺合成了高度电活性的十二烷基硫酸钠（SDS）掺杂聚偏氟乙烯（PVDF）复合薄膜，其介电常数高达约525。随后，将制备的高介电SDS/PVDF薄膜作为电荷存储介质，与无机-有机染料薄膜（即ZnO纳米颗粒-曙红Y-聚乙烯吡咯烷酮薄膜）结合作为光电子发生器，构建了我们的SCPPC。在约110 mW/cm2强度的照明光下充电后，SCPPC获得了约1.2 V的开路电压，随后以约4.5 mA/cm2的恒定电流密度完全放电。测得比面积电容约为450 F/m2，同时具有约90 mWh/m2的大能量密度和54 W/m2的功率密度。整体效率提升至约3.78%，加上89%的存储效率，使这种可充电光电电源单元展现出广阔的应用前景。该光电电源单元的可循环性（即可再充电性和存储耐久性）也经过35天测试，期间电压生成和存储均未出现下降。此外，该光电电源单元还成功驱动了多色发光二极管作为电源。
关键词： 存储、聚偏氟乙烯、介电、自充电、十二烷基硫酸钠
更新于2025-11-14 17:28:48
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基于液相剥离法的石墨烯导电胶简便绿色合成法
摘要： 在本研究中，我们报道了一种简便且环保的工艺，通过液相剥离法从石墨中合成高质量少层石墨烯（FLG）。我们对所得FLG进行了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱等表征。SEM结果显示合成的FLG横向尺寸为1-5微米；TEM和AFM结果表明超过80%的石墨烯层数小于10层。最令人惊讶的是，石墨与FLG的D/G比分别为0.15和0.19，相近的D/G比表明液相剥离过程产生的结构缺陷极少。我们测试了不同石墨/聚偏氟乙烯（PVDF）及FLG/PVDF配比复合薄膜的电子导电性和电阻值。值得注意的是，在相同配比下，FLG/PVDF复合材料性能显著优于石墨/PVDF复合材料。此外，烧结后处理对提升电子导电性起到关键作用（提升85%）。成分优化的FLG/PVDF薄膜展现出81.9 S·cm?1的电导率。这些结果表明，所开发的FLG/PVDF复合粘合剂有望成为导电胶粘剂的潜在候选材料。
关键词： 导电胶、液相剥离、石墨烯、柔性、聚偏氟乙烯
更新于2025-09-23 15:23:52
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压电纳米颗粒改性电纺PVDF纳米纤维膜的纳米力学、力学响应与表征
摘要： 纳米纤维膜在净水和压电纳米发电机应用中的无限可能性，凸显了理解其纳米力学响应的重要性。本研究采用静电纺丝法制备了掺杂0.01、0.05和0.1 wt%氧化锌纳米颗粒的聚偏氟乙烯（PVDF）电纺纳米纤维薄膜。通过场发射扫描电子显微镜、热重分析、水接触角测试、单轴拉伸试验和纳米压痕技术对PVDF纳米复合纤维薄膜进行了表征。研究了微量压电纳米颗粒对纳米复合纤维薄膜形貌、水接触角、动态水接触角、压电性能、热稳定性及机械稳定性的影响。采用纳米压痕技术在纳米纤维毡不同位置测试PVDF/ZnO纳米纤维薄膜的纳米级力学性能，以考察膜的弹塑性行为。最终获得的ZnO纳米颗粒改性纳米纤维膜呈现纳米级纤维结构，具有显著亲水性及优异的热学、力学与压电性能。当聚合物掺杂0.1 wt% ZnO纳米颗粒时，纳米纤维薄膜的熔融温度提升2%（170-173°C）、拉伸强度提高20%（2.418 MPa）、弹性模量增加18%（2.418 GPa）、硬度增大60%（235 MPa），压电系数达到13.42 pC/N，显示出显著增强的热学、力学及纳米力学响应。这些纳米尺度特性的认知对开发传感器与执行器、生物医学、能量收集及水过滤装置具有重要价值。
关键词： 薄膜、纳米机械响应、纳米纤维、聚偏氟乙烯、压电纳米颗粒、静电纺丝
更新于2025-09-23 15:23:52
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具有增强内部通道的亲水性聚偏氟乙烯薄膜，用于水和离子液体驱动的离子交换聚合物金属复合执行器
摘要： 本研究提出了一种新颖简便的策略，用于制备具有增强内部通道的亲水性聚偏氟乙烯（PVDF）电解质薄膜，从而实现高性能且低成本的离子交换聚合物金属复合材料（IPMC）驱动器。所得PVDF复合薄膜由分级微/纳结构组成：直径约20微米的规则聚合物晶粒与直径约390纳米的更细小颗粒，形成三维互联的分级内部通道以促进电解质基体膜的离子迁移。通过引入极性聚乙烯吡咯烷酮，该薄膜具有15.8%的高孔隙率，可实现44.2%的高吸水率和38.1%的离子液体（IL，[EMIm]·[BF4]）吸收率，从而适用于水驱动和IL驱动的IPMC驱动器。与常规PVDF/IL基IPMC相比，水驱动和IL驱动的PVDF基IPMC均表现出更高的离子迁移速率，有效提升了驱动频率，并产生显著更高的驱动力和位移量——具体而言，驱动力输出分别提升13.4倍和3.0倍，位移输出分别提升2.2倍和1.9倍。在相同电解质基体条件下，水驱动IPMC展现出更强的机电性能，有利于制备高力/功率输出的IPMC驱动器；而IL驱动IPMC则表现出更稳定的机电性能，适合制备长寿命的空气环境用IPMC驱动器。因此，所制得的IPMC有望低成本应用于可调机电性能人工肌肉的设计，或柔性驱动器/位移/振动传感器的开发。
关键词： 离子交换聚合物金属复合材料（IPMC）、离子液体（IL）、聚偏氟乙烯（PVDF）、内通道、机电响应、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）
更新于2025-09-23 15:23:52
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热退火对PVDF/PMMA改性石墨烯纳米复合材料晶体结构的影响
摘要： 采用溶液混合和溶剂浇铸法制备了不同PMMA改性石墨烯片负载量的聚偏氟乙烯基纳米复合薄膜。将制得的薄膜在三种不同温度下退火，并研究了样品的晶体结构。X射线衍射数据证实，当退火温度升至90℃时，PMMA改性的石墨烯纳米片增强了β晶型的择优取向；而退火温度升至120℃时则引发了β→γ相转变。XRD结果证实随着退火温度升高，石墨烯片层存在重堆叠趋势。但在DSC冷却扫描过程中，PMMA改性的石墨烯片未显示出对PVDF结晶的成核促进作用。
关键词： 石墨，晶体结构，石墨烯，聚偏氟乙烯，石墨烯改性，β晶相，聚甲基丙烯酸甲酯
更新于2025-09-23 15:23:52
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《AIP会议录》[作者：物理学、技术与创新（PTI-2018）：第五届国际青年学者会议论文集——俄罗斯叶卡捷琳堡（2018年5月14-18日）] - 复合多铁性材料功能层的合成与研究
摘要： 本文致力于合成并研究作为复合多铁性材料潜在组分的薄型铁电层与磁致伸缩层。我们选用Fe10Ni90合金作为磁致伸缩介质，研究了Fe10Ni90薄膜的磁各向异性与磁弹性特性，结果表明通过改变40-80纳米范围内的样品厚度可显著调控这些特性。选取聚偏氟乙烯(PVDF)作为铁电介质，其薄膜通过旋涂法制备，厚度约200纳米。完成了对薄膜结晶度与相组成的分析，发现影响这些特性的因素包括薄膜厚度及其热处理条件。测定了具有优化分层组件参数的PVDF/Fe10Ni90薄膜结构的磁性能。
关键词： 磁致伸缩、聚偏氟乙烯、铁电体、复合多铁性材料、Fe10Ni90
更新于2025-09-23 15:21:21
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六方氮化硼纳米颗粒增强聚偏氟乙烯纳米复合薄膜的电学与电磁干扰（EMI）屏蔽性能
摘要： 通过简单通用的溶液浇铸法制备了六方氮化硼纳米颗粒（h-BNNPs）增强的柔性聚偏氟乙烯（PVDF）纳米复合薄膜。阐明了h-BNNPs/PVDF纳米复合薄膜的形貌、热学和电学性能。研究了所制备纳米复合薄膜在X波段频率范围（8-12 GHz）内的电磁干扰（EMI）屏蔽性能。电磁干扰屏蔽效能（SE）从纯PVDF薄膜的1 dB提升至含25 wt% h-BNNPs的h-BNNPs/PVDF纳米复合薄膜的11.21 dB。结果表明，h-BNNPs/PVDF纳米复合薄膜可作为轻质低成本的电磁屏蔽材料。
关键词： 六方氮化硼、聚偏氟乙烯、扫描电子显微镜、电磁干扰屏蔽、差示扫描量热法、电学性能
更新于2025-09-23 15:21:21
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基于有机铁电聚合物的稳健人工突触
摘要： 具有历史依赖电阻特性的忆阻器被视为人工突触，在模拟人脑大规模并行运算与低功耗特性方面具有潜力。然而现有最先进的忆阻器仍存在写入噪声过大、电阻突变剧烈、固有随机性显著、耐久性差及能耗过高等问题，阻碍了大规模神经架构的实现。本研究展示了一种基于铁电聚合物栅极绝缘层的稳健型低能耗有机三端忆阻器，其电导可被精确调控至超过1000个中间态之间变化，最高关断/导通比达≈10^4。通过原位实时关联动态电阻切换与极化变化，明确证实二硫化钼沟道中的准连续阻变源于铁电畴动力学机制。该器件成功模拟了长时程增强/抑制（LTP/D）和脉冲时序依赖可塑性（STDP）等典型突触可塑性行为。此外，预计该器件能承受1×10^9次突触脉冲冲击，且每次突触操作能耗极低（小于1飞焦，与生物突触事件相当），这凸显了其在仿生网络大规模神经架构中的巨大应用潜力。
关键词： 人工突触、有机材料、聚偏氟乙烯、铁电体、忆阻器
更新于2025-09-23 15:21:21
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使用193纳米准分子激光烧蚀压电聚偏氟乙烯
摘要： 聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜独特的柔韧性和压电特性为集成生物电子设备开辟了新应用。但由于难以将其加工成微小离散结构而不损伤材料性能，这些薄膜的应用一直受限。本文探索并表征了采用193纳米准分子激光对压电PVDF的刻蚀工艺，展示了常见激光能量密度下的刻蚀速率及切面质量图像，帮助读者理解刻蚀速率与边缘粗糙度之间的平衡关系。作者提出了一种刻蚀压电β相PVDF的新方法。虽然PVDF具有柔韧性、与生物组织声学匹配且谐振频带宽等优势，却因其加工难度常被忽视作为微机电系统器件的压电材料。本文通过193纳米氟化氩准分子激光进行图形化加工时，系统表征了刻蚀速率与质量特征。
关键词： 准分子激光、蚀刻、压电、烧蚀、聚偏氟乙烯
更新于2025-09-23 15:21:01
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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