PVDF滑石纳米片复合材料的电纺纳米织物开发新型柔性纳米发电机

　　Soft Matter：由基于PVDF/滑石纳米片复合材料的电纺纳米织物开发新型柔性纳米发电机
　　来源： 易丝帮
　　DOI: 10.1039/D0SM00341G
　　本研究开发了一种由电纺滑石/PVDF [聚偏氟乙烯]纳米复合织物组成的柔性压电纳米发电机。与原始PVDF纳米织物相比，这些纳米复合织物具有增强的机械和压电性能。尤其，具有0.50wt％滑石的纳米复合织物在PVDF基体中产生了89.6％的极性β相，从而增强了其压电响应。X射线衍射、傅立叶变换红外光谱和差示扫描量热法最终证实了滑石/PVDF纳米复合材料中极性β相的促进作用。0.50 wt％滑石/PVDF纳米复合纤维基纳米发电机在重复手指施加模式下（在3.8 N的负载下）产生的开路电压和功率密度分别为9.1 V和1.12μW/cm2。此外，纳米发电机受到调频振动模式的影响，其中产生了8.9 V的输出电压。这种纳米发电机改善的柔性、机械强度和增强的压电响应性为其在便携式自供电设备中的应用铺平了道路。
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　　图1.通过静电纺丝技术合成滑石/PVDF纳米复合织物的示意图。
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　　图2.电纺滑石/PVDF复合纳米纤维的SEM显微照片，PVDF基质中滑石的添加量：（a）无、（b）0.25 wt％、（c）0.50 wt％、（d）0.75 wt％、（e）1 wt％；（f）滑石纳米颗粒的SEM显微照片，黄色箭头表示滑石层。
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　　图3.（a）为0.50 wt％滑石/PVDF单纳米纤维的TEM图像。（b）带有d值的滑石纳米颗粒的TEM放大图像，以及（c）0.50 wt％滑石/PVDF单纳米纤维的SAED图案。
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　　图4.0.50 wt％滑石/PVDF纳米复合织物的SEM显微照片和EDS元素图，表明PVDF基质中碳（C）、氧（O）、硅（Si）、氟（F）和镁（Mg）元素的分布。
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　　图5.对应于（a）E-PVDF、（b）0.25 wt％滑石/PVDF、（c）0.50 wt％滑石/PVDF、（d）0.75 wt％滑石/PVDF和（e）1 wt％滑石/PVDF纳米复合织物的XRD图。
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　　图6.E-PVDF和滑石/PVDF纳米复合织物的FTIR光谱。
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　　图7.E-PVDF、滑石和0.50 wt％滑石/PVDF纳米复合织物的FTIR光谱，标有黄色阴影，表明滑石和PVDF链之间可能存在相互作用。
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　　图8.在电纺纳米复合材料中，滑石纳米片和PVDF链之间的相互作用机制。
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　　图9.（a）TGA迹线；（b）E-PVDF和滑石/PVDF纳米复合织物的DTG图。
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　　图10.E-PVDF和滑石/PVDF复合纤维网的DSC迹线：（a）第一个冷却循环，（b）第二个加热循环。
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　　图11.（a）拉伸应力-应变曲线、（b）拉伸强度和杨氏模量与PVDF基质中滑石含量之间的函数关系。
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　　图12.展示了纳米发电机的结构和摄影图像。
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　　图13.在重复手指施加模式下，纳米发电机的输出电压：（a）E-PVDF和滑石/PVDF纳米复合织物，以及（b）最大输出电压与纳米复合织物中滑石负载量的关系；（c）在变化的负载电阻下，0.50 wt％滑石/PVDF织物的功率密度。
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　　图14.输出电压：（a）0.50 wt％滑石/PVDF基纳米发电机在变化的振动频率下； （b）E-PVDF和滑石/PVDF纳米复合基纳米发电机在30 Hz的振动频率下。