DOI: 10.1039/D0SM00341G
本研究開發了一種由電紡滑石/PVDF [聚偏氟乙烯]納米復合織物組成的柔性壓電納米發電機。與原始PVDF納米織物相比，這些納米復合織物具有增強的機械和壓電性能。尤其，具有0.50wt％滑石的納米復合織物在PVDF基體中產生了89.6％的極性β相，從而增強了其壓電響應。X射線衍射、傅立葉變換紅外光譜和差示掃描量熱法最終證實了滑石/PVDF納米復合材料中極性β相的促進作用。0.50 wt％滑石/PVDF納米復合纖維基納米發電機在重復手指施加模式下（在3.8 N的負載下）產生的開路電壓和功率密度分別為9.1 V和1.12μW/cm2。此外，納米發電機受到調頻振動模式的影響，其中產生了8.9 V的輸出電壓。這種納米發電機改善的柔性、機械強度和增強的壓電響應性為其在便攜式自供電設備中的應用鋪平了道路。
圖1.通過靜電紡絲技術合成滑石/PVDF納米復合織物的示意圖。
圖2.電紡滑石/PVDF復合納米纖維的SEM顯微照片，PVDF基質中滑石的添加量：（a）無、（b）0.25 wt％、（c）0.50 wt％、（d）0.75 wt％、（e）1 wt％；（f）滑石納米顆粒的SEM顯微照片，黃色箭頭表示滑石層。
圖3.（a）為0.50 wt％滑石/PVDF單納米纖維的TEM圖像。（b）帶有d值的滑石納米顆粒的TEM放大圖像，以及（c）0.50 wt％滑石/PVDF單納米纖維的SAED圖案。
圖4.0.50 wt％滑石/PVDF納米復合織物的SEM顯微照片和EDS元素圖，表明PVDF基質中碳（C）、氧（O）、硅（Si）、氟（F）和鎂（Mg）元素的分布。
圖5.對應于（a）E-PVDF、（b）0.25 wt％滑石/PVDF、（c）0.50 wt％滑石/PVDF、（d）0.75 wt％滑石/PVDF和（e）1 wt％滑石/PVDF納米復合織物的XRD圖。
圖6.E-PVDF和滑石/PVDF納米復合織物的FTIR光譜。
圖7.E-PVDF、滑石和0.50 wt％滑石/PVDF納米復合織物的FTIR光譜，標有黃色陰影，表明滑石和PVDF鏈之間可能存在相互作用。
圖8.在電紡納米復合材料中，滑石納米片和PVDF鏈之間的相互作用機制。
圖9.（a）TGA跡線；（b）E-PVDF和滑石/PVDF納米復合織物的DTG圖。
圖10.E-PVDF和滑石/PVDF復合纖維網的DSC跡線：（a）第一個冷卻循環，（b）第二個加熱循環。
圖11.（a）拉伸應力-應變曲線、（b）拉伸強度和楊氏模量與PVDF基質中滑石含量之間的函數關系。
圖12.展示了納米發電機的結構和攝影圖像。
圖13.在重復手指施加模式下，納米發電機的輸出電壓：（a）E-PVDF和滑石/PVDF納米復合織物，以及（b）最大輸出電壓與納米復合織物中滑石負載量的關系；（c）在變化的負載電阻下，0.50 wt％滑石/PVDF織物的功率密度。
圖14.輸出電壓：（a）0.50 wt％滑石/PVDF基納米發電機在變化的振動頻率下； （b）E-PVDF和滑石/PVDF納米復合基納米發電機在30 Hz的振動頻率下。
