通过可控纳米线分散制备具有高压电电压系数的定制化纳米复合能量收集器

摘要： 由压电纳米材料分散于柔性聚合物中构成的复合材料，已成为极具前景的高耐久性柔性能量收集器与传感器材料。虽然块体压电材料具有较高的机电耦合系数并能高效转换机械能为电能，但其陶瓷形态断裂韧性较低，导致加工困难和难以贴合曲面等问题限制了特定应用。近年来发展的直写等增材制造工艺，能将压电纳米线可控定向排列于聚合物基体中实现印刷压电器件?；谀擅赘春喜牧系亩嘞嘟峁固匦?，可通过调控材料结构实现压电耦合性能与介电性能的独立调控。本文建立了经实验验证的有限元（FE）和细观力学模型，用于计算和优化纳米复合材料的压电电压系数g31。研究表明：采用高长径比且定向排列的纳米线，可使压电耦合性能相对介电常数不成比例地提升，从而使g31系数较块体压电材料提高七倍以上。此外，能量收集器中使用高长径比纳米线可显著提升其输出电功率。