一种用于压电传感器的柔性电极的制备及其性能研究

以化学交联法制备的交联壳聚糖季铵盐为柔性基底,经微拉伸后在其上刷涂PEDOT:PSS导电液制备成柔性电极,再与自制的PVDF-TrFE/ZnO量子点复合压电薄膜贴合组装成全柔性压电传感器件。利用准静态d33测试仪对压电薄膜的压电应变常数d33进行测试,利用万能拉伸机、万用表测试柔性电极的力学性能和导电性能,利用激振器试验对压电传感器的输出性能进行测试。结果表明,交联壳聚糖季铵盐/PEDOT:PSS柔性电极的拉伸强度为3.3 MPa,断裂伸长率为762.3%;经微拉伸-刷涂法制备的柔性电极的电阻为1.68 kΩ;自制旋涂层数为二层的PVDF-TrFE/ZnO薄膜的d33压电常数为26.1 pC/N,与柔性电极组装成的全柔性压电传感器输出电压为4.46 V。

界面缓冲层对全旋涂式PVDF–TrFE/ZnO量子点传感器压电性能的影响

首先制备了聚偏氟乙烯–三氟乙烯(PVDF-TrFE)/氧化锌(ZnO)量子点复合压电薄膜,采用广角X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜及原子力显微镜等对其结构及形貌进行了表征。以其作为核心功能层,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为界面缓冲层,采用全旋涂法成功制备了PVDF–TrFE/ZnO量子点压电传感器,分别利用落球试验及激振试验研究了PVP对传感器压电性能的影响。结果表明,添加PVP界面缓冲层的压电传感器输出电压为(1.84±0.06) V,误差棒较小,且在抗疲劳测试中经过3?500次机械循环后,输出电压仍保持在0.83 V。一方面,PVP缓冲层的亲水性使其分别与压电层中的ZnO量子点、聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)电极层紧密结合,利于电荷在压电层与电极之间的传输;另一方面,PVP缓冲层良好的成膜性改善了压电层和PEDOT:PSS电极层的层间接触,利于收集更多的压电层电荷。制备的全旋涂式PVDF–TrFE/ZnO量子点压电传感器在柔性可穿戴领域具有广阔的应用前景。

衬底对聚偏氟乙烯–三氟乙烯基纳米能量发生器压电性能的影响

采用旋涂工艺制备了聚偏氟乙烯–三氟乙烯(PVDF–TrFE)薄膜,在此基础上设计并制备了不同衬底的"三明治"式柔性纳米能量发生器。傅里叶变换红外光谱测试结果表明PVDF–TrFE薄膜β相含量为16.14%,准静态压电应变常数d33测试结果显示其d33值为10.1 pC/N。分别采用玻璃、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)作为衬底材料,研究其对能量发生器压电性能的影响。结果表明,在KDL–02/02L冲击锤作用下具有最低拉伸弹性模量的PET衬底纳米能量发生器显示出最高的电压输出(2.13V),此外在12 Hz激励下,PET衬底纳米能量发生器产生最高的压电电压(1.01 V)。在多达1000次的不间断机械振动下,PET衬底纳米能量发生器显示出优良的电学稳定性和机械稳定性。