DOI:10.1021/acsapm.0c00158
本文報告了納米纖維素增強的柔性復合壓電納米發電機（PENGs）的振動和壓力傳感性能。將表面氟化的納米纖維素晶體（FNC）摻入聚偏氟乙烯（PVDF）中，并電紡成復合納米纖維。PVDF中僅摻入2wt％FNC即可顯著提高壓力靈敏度，可檢測的壓力極限非常低，僅為10 Pa，靈敏度高達18 mV/kPa。復合PENGs也顯示出對強制連續振動的極高靈敏度。對于給定的應變，2FNC/PVDF復合材料的電壓響應比純PVDF高一個數量級。當將PENGs安裝在真空泵上以將機械振動轉換為電能時，2FNC/PVDF復合器件的電壓輸出比純PVDF增強了約3.8倍，并且電容器的充電速度更快。PVDF/FNC納米復合材料增強的壓電性能可歸因于PVDF和納米纖維素之間的定制界面以及增強的極化率。
圖1.FNC的19F C PMAS固態NMR。
圖2.PVDF/FNC復合材料的SEM圖像:（a）PVDF、（b）1FNC、（c）2FNC和（d）5FNC。
圖3.（a）PVDF/FNC納米纖維的WAXS分析。（b，c）PVDF/FNC納米纖維的ATR-FTIR分析。
圖4.（a）壓電納米發電機的數字圖像；衰減振動的產生示意圖。（b）俯視圖，（c）側視圖，以及（d）放下重物時梁的振動；振動幅度變化的振動感應。（e）PVDF、（f）2FNC和（g）比較PVDF和2FNC對低振幅衰減振動的傳感能力。
圖5.相對于梁上落重的正振幅電壓。
圖6.使用PVDF和PVDF/FNC PENG進行的低振幅強制連續振動傳感：（a）振動產生裝置示意圖，（b）無應變的信號（示波器信號），對PVDF（c）和2FNC（d）施加0.1％、0.2％和0.5％應力的輸出信號，PVDF和2FNC在0.2％和1％應變下的比較（e，f）。
圖7.移動振動的傳感：當PENG連接到示波器但手機未處于振動模式時的基本信號及其FFT（a，b），PENGs置于手機下方且處于振動模式時，PVDF（c，d）和2FNC（e，f）的電壓信號和FFT，以及2FNC PENG的放大信號（g）。
圖8.（a）PVDF和2FNC PENG的壓力傳感能力比較；（b）低壓和（c）中壓時PVDF和2FNC PENG的壓力靈敏度。
圖9.從真空泵振動中收集能量：（a）設置，（b）PVDF和（c）2FNC PENG的電壓輸出，以及PVDF和2FNC PENG的電容器充電性能（d）。
圖10.（a）PVDF和2wt％PVDF/FNC的P-E回路；（b，c）疲勞實驗，以顯示Pr在循環次數中的保留。
