DOI: 10.1088/1361-6528/abd57e
采用自行設計的連續靜電紡絲沉積系統制備了同軸型壓電能量發生器（C-PEG）納米纖維。將壓電PVDF-TrFE納米纖維作為電活性材料，在9-12kV的放電電壓下，以ωg=60-120RPM的角速度電紡到同時旋轉和橫向移動的銅金屬線上。PVDF-TrFE納米纖維的壓電系數d33約為-20pm/V。隨著壓力（P）從30增加到500kpa時，產生的輸出電壓（VG）根據關系式exp（-αP）（α=0.41-0.57）增加。當P=100kpa時，十個和二十個C-PEG的VG值分別為3.9V和9.5V，輸出電壓高于先前報道的值。C-PEG的高VG可歸因于以下事實：與傳統的二維（2-dim）電容型壓電薄膜或纖維器件相比，由于電壓收集點數量的增加，C-PEG可以產生相當高的VG。通過浸涂PDMS聚合物溶液，然后以Ag涂覆尼龍纖維作為外電極進行纏繞，制備了C-PEG紗線。當VG=1.97V時，十根C-PEG紗線的電流密度和功率密度分別為22nA/cm2和8.6μW/cm3，高于先前報道的5.54和6μW/cm3。與傳統的薄膜/納米纖維墊類型相比，C-PEG紗線可以產生高電壓，有望成為一種非常有用的可穿戴式能量發生器系統。
圖1.（a）通過靜電紡絲在銅線上連續制備同軸PVDF-TrFE納米纖維的系統示意圖。由22W/V％（b）和28W/V％溶液（c）制備的電紡PVDF-TrFE納米纖維的平面SEM圖像（插圖：電紡PVDF-TrFE納米纖維的X射線衍射）。（d）在銅線上靜電紡絲PVDF-TrFE納米纖維的照片（插圖：C-PEG的橫截面圖像）。（e）電紡PVDF-TrFE在連續旋轉和縱向移動的銅絲上的沉積模式示意圖。
圖2.（a）用推力測試儀測量VG-P特征曲線的示意圖。（b）由示波器記錄的典型壓電輸出電壓（VG）信號，該信號是由施加到推力測試儀的脈沖壓力信號產生的。以ωg=60rpm沉積的C-PEG的二維SEM圖像（c），VG-P曲線（d）和logVG-logP圖（e）。以ωg=90rpm沉積的C-PEG的二維SEM圖像（f），VG-P曲線（g）和logVG-logP圖（h）。以ωg=120rpm沉積的C-PEG的二維SEM圖像（i），VG-P曲線（j）和logVG-logP圖（k）。
圖3.（a）以1Hz壓力脈沖獲得的10個C-PEG的典型VG-P信號隨時間的變化。（b）以1Hz壓力脈沖獲得的20個C-PEG的典型VG-P信號隨時間的變化。（c）以4.5Hz壓力脈沖獲得的10個C-PEG的典型VG-P信號隨時間的變化。（d）以4.5Hz壓力脈沖獲得的20個C-PEG的典型VG-P信號隨時間的變化。
圖4.與其他PVDF或共聚物纖維膜和/或納米纖維相比，C-PEG的特征VG-P值。
圖5.（a）薄膜C-PEG的橫截面SEM圖像，（b）（a）中紅色方塊區域的放大圖。（c）C-PEG紗線的二維SEM圖像，（d）（c）中紅色方塊區域的放大圖。
圖6.（a）單根C-PEG紗線隨時間變化的典型VG-P信號。（b）在幾種外加壓力下，（a）中VG-P信號的放大圖。（c）10根C-PEG紗線隨時間變化的典型VG-P信號。（b）在幾種外加壓力下，（a）中VG-P信號的放大圖。
圖7.（a）纏繞在柔性波紋管中的C-PEG紗線的示意圖。（b）柔性波紋管周圍不同匝數C-PEG紗線的特征VG-P曲線。
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