PVDF/SBS柔性复合纤维薄膜压电-摩擦电纳米发电机

可将无规则机械能转换为电能的压电纳米发电机与摩擦纳米发电机能够为低功耗可穿戴电子设备提供独立、持续性供电，有利于促进柔性自供能电子器件多元化的发展。将二者进行集成，可综合二者电输出特性的优点，提高纳米发电机的性能。本文分别以聚偏二氟乙烯(PVDF)与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)为正、负极摩擦材料，采用静电纺丝方法制备了PVDF/SBS复合纤维薄膜，并利用该复合纤维薄膜得到压电-摩擦电复合纳米发电机。研究结果表明：当PVDF掺入量为20wt%时，PVDF/SBS复合纤维薄膜的电学输出性能最佳，器件的开路电压与短路电流最大可达108 V与0.34μA，分别是纯SBS样品的5倍与6倍。将器件固定在手掌、鞋底处，收集拍手、行走、跑步等运动的能量，可产生不同幅度的输出电压，表明器件可有效收集人体运动的机械能；通过手掌拍打器件，可点亮64只商用蓝色LED灯珠；同时器件可检测瞬时压力变化，灵敏度最大可达3.685 V·N^-1。上述结果表明PVDF/SBS柔性复合纤维薄膜压电-摩擦电纳米发电机在传感监测和电子器件自供能领域具有良好的应用前景。