アドバンスド・ピエゾエレクトリック・ウェアラブル用の単段階製造による制御可能な多孔/密度構造のビライヤー・フレキシブル・フィルム

科学分野:

• 材料科学
• ポリマー科学
• ナノテクノロジー

背景:

• ポリビニリデンフッ化物 (PVDF) とその共ポリマー (PVTF) は,その柔軟性のためにピエゾ電気的エネルギーハーベスターとセンサーに不可欠です.
• 既存のPVTF材料はピエゾ電気性能に制限があり,広く実用的な応用を妨げています.
• 柔軟なピエゾ電気ポリマーの特性を高めるには 微細構造の設計が重要です

研究 の 目的:

• 高性能の3D多孔型PVTFベースの柔軟なピエゾ電気フィルムのための新しい製造技術を開発する.
• PVTFの材料のピエゾ電気性能とエネルギー収集能力を向上させる.
• ウェアラブルセンシングとエネルギー収集のアプリケーションにおけるこれらのフィルムの可能性を探求する.

主な方法:

• 伝統的なNIPS方法を改変した低圧支援のLPA-NIPS技術が開発されました.
• 二層のスポンジのような構造を持つ3Dの多孔型PVTFフィルムの製造.
• 非溶媒 (H2O) の含有量を調整することで膜の厚さと毛穴の大きさを制御する.

主要な成果:

• 製造された2層のスポンジ状のPVTFフィルムは,優れたストレスの動作と高い電場耐性を示した.
• 密度の高いフィルムと比較して,多孔性のPVTFフィルムは,2500Vの極化で4.58Vの動作電圧 (Vop) の41%の増加を示した.
• 多孔膜は,特定の条件下で20.3 pC/Nのピエゾ電気係数 (d33),6.17 Vの出力電圧,1.28 μW/cm2の功率密度,および158 mV/Nの力感度を達成しました.
• ピエゾ電気センサープロトタイプは,構造的な劣化なしに1000サイクル以上で安定した性能を示しました.

結論:

• LPA-NIPS方法は,高性能の3D多孔型PVTF柔らかいピエゾ電気フィルムを成功裏に生産しました.
• これらのフィルムはピエゾ電気的特性を高め 微妙な振動とウェアラブルセンシングからエネルギーを収集するのに適しています
• このシンプルな製造プロセスは 活発なモニタリングと医療のための先進的なピエゾ電気材料を 大規模に生産する見込みです