壓電材料由于其機(jī)電轉(zhuǎn)換能力而被廣泛應(yīng)用于能量收集器、振動(dòng)加速度傳感器、電子皮膚、人機(jī)交互界面等領(lǐng)域。以聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生的共聚物為代表的聚合物壓電材料,因其優(yōu)異的柔性和易加工性而備受青睞。但是,聚合物壓電材料相較于無(wú)機(jī)材料如高鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BTO)等,較低的壓電系數(shù)成為了限制其應(yīng)用的重大阻礙。
圖2 纖維壓電性能的綜合表征
圖3 壓電纖維彈性模量的表征
首先通過(guò)有限元模擬(COMSOL)證明了具有更高模量的PVDF-TrFE/PC共混纖維和PC@PVDF-TrFE核殼纖維,在相同的型變量下,可以比純PVDF-TrFE輸出更高的電壓。之后利用AFM測(cè)試了纖維材料的彈性模量,表征得到隨著PC的含量在核殼纖維中從10%提升到50%,PC@PVDF-TrFE樣品的彈性模量從14.0 MPa上升到35.1 MPa。
圖4 基于PC@PVDF-TrFE纖維的壓電器件輸出性能綜合表征
圖5 基于PC@PVDF-TrFE壓電纖維器件的變壓器振動(dòng)傳感應(yīng)用展示
PC@PVDF-TrFE優(yōu)異的壓電性能使其能夠靈敏地感知電力設(shè)備的振動(dòng)信號(hào),對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換,就能夠進(jìn)行頻譜分析。使用WIFI模塊和接收終端(電腦),實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)信號(hào)的無(wú)線傳輸與實(shí)時(shí)分析。
論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04674
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