Ag/ZnO纳米颗粒掺杂P(VDF-TrFE)多孔复合薄膜的制备及压电性能

doi:10.7503/cjcu20260157

摘要/Abstract

摘要：

以制备的银负载氧化锌纳米棒(Ag/ZnO NRs)为填料, 通过非溶剂诱导相转化法(NIPS)构筑了具有均匀多孔结构的Ag/ZnO⁃P(VDF-TrFE)复合压电薄膜. 研究发现, NIPS法能够诱导聚偏二氟乙烯-三氟乙烯[P(VDF-TrFE)]形成高含量的极性β相压电活性晶区; 同时, Ag/ZnO异质结诱导极化电荷单向流动并放大微观电压. 所制备的压电纳米发电机展现出优异的压电输出和力敏特性, 满足将生物机械能高效转化为电能的需求. 本研究为高性能自极化压电纳米发电机的发展提供了一种简单且可扩展的策略.

关键词: 非溶剂诱导相转化法, 压电性能, Ag/ZnO异质结, 复合薄膜

Abstract:

A Ag/ZnO⁃P（VDF-TrFE） composite piezoelectric film with a uniform porous structure was constructed via non-solvent induced phase separation（NIPS） with silver-loaded zinc oxide nanorods（Ag/ZnO NRs） as fillers. It was found that the NIPS method induces the formation of high-content polar β-phase piezoelectric active crystalline regions in P（VDF-TrFE）. Meanwhile， the Ag/ZnO heterojunction induces unidirectional migration of polarization charges and amplifies the microscale voltage. The as-fabricated piezoelectric nanogenerator exhibits excellent piezoelectric output and force-sensitive characteristics， meeting the demand for efficient conversion of biomechanical energy into electricity. This work provides a simple and scalable strategy for the development of high-performance self-polarized piezoelectric nanogenerators.

Key words: Non-solvent induced phase separation, Piezoelectric performance, Ag/ZnO heterojunction, Composite film

中图分类号:

O647

TrendMD:

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图/表 7

Fig.1 XRD patterns of annealed ZnO and Ag/ZnO NRs(A), TEM image of Ag/ZnO NRs(B), HRTEM image of Ag⁃ZnO heterojunction(C)

Fig.2 SEM images with Ag/ZnO doping contents of 0(A), 2.5%(B), 5%(C), 7.5%(D), and 10%(E) and porosity(F) of Ag/ZnO‑P(VDF‑TrFE) composite films

Fig.3 XRD patterns of P(VDF⁃TrFE) and porous Ag/ZnO⁃P(VDF⁃TrFE) composite films(A) and pristine Ag/ZnO(B), heat flow as a function of temperature(C), crystallinity(D), ATR⁃FTIR spectra(E), calculated polar β⁃phase content(F) of porous Ag/ZnO‑P(VDF⁃TrFE) composite films with different Ag/ZnO contents（A， C， E） a. P（VDF-TrFE）； b. 2.5% Ag/ZnO-P（VDF-TrFE）； c. 5% Ag/ZnO-P（VDF-TrFE）；d. 7.5% Ag/ZnO-P（VDF-TrFE）； e. 10% Ag/ZnO-P（VDF-TrFE）.

Fig.4 d33 of the Ag/ZnO⁃P(VDF⁃TrFE) composite films prepared by drop⁃coating method(A) and non⁃solvent induced phase separation method(B)

Fig.5 Piezoelectric output voltages(A, B) and output currents(C, D) of porous Ag/ZnO⁃P(VDF⁃TrFE) PENGs with various Ag/ZnO NRs nanorod contents(A, C) and the porous 7.5%Ag/ZnO PENG at frequencies of 2—4 Hz(B, D)

Fig.6 Piezoelectric output of the porous 7.5%Ag/ZnO⁃P(VDF⁃TrFE) PENG

Fig.7 Output signals of the Ag/ZnO⁃P(VDF⁃TrFE)/PENG corresponding to eye blinking(A), throat vibration during phonation(B), gentle fingertip touching(C), finger sliding(D), keyboard typing(E), and head turning(F)

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