通过单步制造可控制孔隙/密度的双层柔性薄膜用于先进的压电可穿戴设备
Juan Li1, Qirun Wu1, Hongxia Wang1
1College of Materials Science and Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, People's Republic of China.
ACS applied materials & interfaces
|August 25, 2025
概括
研究人员开发了一种新的低压方法,用聚乙烯化物-三乙烯 (PVTF) 制造柔性压电薄膜. 这些增强的PVTF片显示了可穿戴设备的能量收集和传感能力的提高.
科学领域:
- 材料科学
- 聚合物科学
- 纳米技术
背景情况:
- 聚乙烯化物 (PVDF) 和其共聚物 (PVTF) 由于其灵活性而对压电能量收获器和传感器至关重要.
- 现有的PVTF材料在压电性能方面存在局限性,阻碍了广泛的实际应用.
- 微结构设计是提高柔性压电聚合物的关键.
研究的目的:
- 开发一种基于高性能3D多孔PVTF的柔性压电薄膜的新制造技术.
- 提高PVTF材料的压电性能和能量收集能力.
- 探索这些片在可穿戴传感器和能量采集应用中的潜力.
主要方法:
- 开发了一种低压辅助的现场非溶剂诱导相分离技术 (LPA-NIPS),修改了传统的NIPS方法.
- 具有双层海绵状结构的3D多孔PVTF薄膜的制造.
- 通过调整非溶剂 (H2O) 含量来控制薄膜厚度和孔径.
主要成果:
- 制造的双层海绵状PVTF薄膜表现出优越的应变行为和高电场耐受性.
- 与密度薄膜相比,有孔的PVTF薄膜在2500V偏振下将工作电压 (Vop) 提高了41%.
- 在特定条件下,多孔薄膜实现了更高的压电系数 (d33) 20.3 pC/N,输出电压6.17 V,功率密度1.28 μW/cm2,以及158 mV/N的强度灵敏度.
- 压电感应原型在1000个周期内表现稳定, 没有结构退化.
结论:
- 通过LPA-NIPS方法成功地产生了高性能3D多孔PVTF弹性压电薄膜.
- 这些膜具有增强的压电特性,使它们适合从微妙的振动和可穿戴传感中收集能量.
- 这种简单的制造工艺有助于大规模生产用于主动监测和医疗保健的先进压电材料.
