上海交大黄兴溢教授《Nano Lett.》:用于电力设备检测及能量捕集的全有机压电纳米纤维
2023-01-18 来源:高分子科技
压电材料由于其机电转换能力而被广泛应用于能量收集器、振动加速度传感器、电子皮肤、人机交互界面等领域。以聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生的共聚物为代表的聚合物压电材料,因其优异的柔性和易加工性而备受青睐。但是,聚合物压电材料相较于无机材料如高钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BTO)等,较低的压电系数成为了限制其应用的重大阻碍。
图1 (a), (b) 核壳纤维的制备示意图与TEM平面、横截面表征。(c), (d) 纯PVDF-TrFE与PC@PVDF-TrFE纤维压电器件的输出性能对比。(e) 基于压电纤维的传感器件应用场景示意图
图2 纤维压电性能的综合表征
图3 压电纤维弹性模量的表征
首先通过有限元模拟(COMSOL)证明了具有更高模量的PVDF-TrFE/PC共混纤维和PC@PVDF-TrFE核壳纤维,在相同的型变量下,可以比纯PVDF-TrFE输出更高的电压。之后利用AFM测试了纤维材料的弹性模量,表征得到随着PC的含量在核壳纤维中从10%提升到50%,PC@PVDF-TrFE样品的弹性模量从14.0 MPa上升到35.1 MPa。
图4 基于PC@PVDF-TrFE纤维的压电器件输出性能综合表征
图5 基于PC@PVDF-TrFE压电纤维器件的变压器振动传感应用展示
PC@PVDF-TrFE优异的压电性能使其能够灵敏地感知电力设备的振动信号,对原始信号进行快速傅里叶变换,就能够进行频谱分析。使用WIFI模块和接收终端(电脑),实现了振动信号的无线传输与实时分析。
论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04674
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(责任编辑:xu)
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