PVDF纳米纤维在微流体中的压电能量收集特性研究

供电系统尺寸过大、寿命较短且需频繁充电的问题已成为当前无线传感和物联网领域亟待解决的关键问题。基于压电纳米材料的微型能量收集器件可将环境中富余的机械能高效地转换成电能,构建自供电的无线传感系统。本文采用静电纺丝技术制备高长径比聚偏氟乙烯(PVDF)压电纳米纤维,通过调整静电纺丝过程中前驱体溶液的浓度实现了对纳米纤维压电?物相含量的调控。结果表明,压电?相的含量会随着前驱液浓度的增加而提高,在浓度为0.13 g/m L时达到最大。当浓度进一步增加,?相含量逐渐降低。所得PVDF纳米纤维能量收集器件具有良好的压电发电性能,在外力作用下可产生约1.6 V的脉冲电输出。将PVDF纳米纤维与微流控芯片进行集成,通过采集液滴流动时所产生机械能,实现了连续的动态压电输出,输出电压峰峰值约为0.2 V。这种液相环境中对流体机械能的高效采集有望推动压电纳米纤维能量收集器件在微流控传感系统中的应用。

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3压电纳米纤维柔性发电元件的组装与性能研究

采用静电纺丝技术在Si基衬底上制备无铅压电K0.5Na0.5NbO3纳米纤维,退火后所得纳米纤维为多晶正交钙钛矿结构,直径约60-80nm.通过柔性聚合物的包覆与剥离实现了纳米纤维向柔性基底的直接转移,采用磁控溅射在纳米纤维两侧沉积Au电极并引线封装后获得了不同尺寸的柔性压电发电元件.由于压电势和电极/纳米纤维界面肖特基势垒的耦合,该元件在受力弯曲时可产生脉冲的输出电压.随着电极间距的增大,输出电压随之增加. 当间距达到10mm时,输出电压峰峰值能够达到约12V.

压电纳米线尺寸与机电转换性能的有限元研究

采用有限元分析方法研究压电纳米线的形变方式和尺寸对机电转换性能的影响.结果表明,在相同外力作用下,压电纳米线径向弯曲产生的压电势是轴向弯曲的7倍,前者比后者具有更高的机电转换效率.压电纳米线径向弯曲模型中,应力和电场为非均匀分布.纳米线长度的增加可提高其弯曲时产生的压电势,当纳米线长度较短时,应力和电场的非均匀分布使压电势随纳米线长度的增加非线性增大.当纳米线长度超过20 mm时,可忽略非均匀分布对机电转换效率的影响,压电势随纳米线长度的增加线性增加.

静电纺丝制备K0.5Na0.5NbO3纳米纤维及其压电发电性能研究

采用溶胶–凝胶静电纺丝技术制备无铅压电K0.5Na0.5NbO3 (KNN)纳米纤维,研究了退火温度和纺丝电压等对纳米纤维物相和形貌的影响。结果表明,退火处理后的纳米纤维是正交钙钛矿结构的KNN材料。随着退火温度的升高,纳米纤维的平均晶粒尺寸逐渐增大。当纺丝电压为6~12 kV时,KNN纳米纤维的直径随着电压的增大呈现先增加、后减小的趋势。将KNN纳米纤维在不同间距的叉指电极上进行组装,可获得能够输出交流脉冲电压的压电发电元件。输出电压的幅值可达190~430 mV,并随叉指电极间距的增加而增大。

NaNbO_3纳米纤维的可控制备与室温氢敏性能研究

采用静电纺丝技术制备NaNbO3纳米纤维,所得产物为单斜钙钛矿结构,直径为50~100 nm。纳米纤维的直径和表面光滑度均随着前驱体中聚乙烯吡咯烷酮（PVP）浓度的增加而提高。利用叉指电极组装氢敏元件,所得元件在室温下对空气中体积分数为（1 000~8 000）×10-6的氢气表现出良好的电阻型响应。较低氢气浓度下,灵敏度和响应时间均随氢气浓度的提高而增加。当氢气浓度高于体积分数4 000×10–6时响应逐渐饱和,响应时间随氢气浓度增加而降低。表面吸附氧和氢的反应所引起的束缚电子的释放,是纳米纤维室温氢敏的主要机制。