DOI:10.1016/j.cej.2020.124205
可將機械能轉換為電能的高性能柔性壓電納米發電機（PNG）是發展自供電可穿戴電子器件的關鍵。本文提出了一種用于高性能PNG的柔性有機聚吡咯（PPy）電極、電紡聚偏氟乙烯（PVDF）納米纖維和電噴涂CsPbBr3@PVDF微球的三維多層組裝，其中，在頂部/底部PPy電極和PVDF納米纖維層之間分別插入兩層CsPbBr3@PVDF微球。以FeCl3為氧化劑，通過吡咯單體在電紡PVDF納米纖維表面的氣相聚合制備了PPy電極。對于活性壓電層，PVDF納米纖維和CsPbBr3@PVDF微球均具有較高的β晶相含量，分別為83.5%和94%，這有助于提供良好的極化響應。此外，球形CsPbBr3@PVDF粒子的引入也促進了壓電層的應力激勵，從而提高了輸出性能和靈敏度。壓電測試結果表明，基于三維多層納米顆粒的PNG具有10.3 V的高開路電壓和1.29μA/cm2的短路電流密度，并且可以檢測到低至7.4 Pa的低壓。另外，基于PNG的織物還表現出通過熱電效應從溫度波動中獲取能量的出色能力。在電紡PVDF 納米纖維膜中嵌入球狀粒子的結構化方法，為制備高輸出PNG提供了可行性。
圖1.（a）分別由PPy/PVDF納米纖維膜（層Ⅰ），CsPbBr3@PVDF珠（層Ⅱ）和純PVDF納米纖維膜（層Ⅲ）構成的3D多層納米纖維膜的示意圖。（b）3D多層納米纖維膜的橫截面SEM圖像。（c，d）具有不同放大倍數的PPy/PVDF納米纖維膜（第Ⅰ層）的SEM圖像。插圖是纖維直徑分布的相應直方圖。（e）純PVDF納米纖維膜的SEM圖像（第三層）。插圖是纖維直徑分布的相應直方圖。（f，g）不同放大倍數的CsPbBr3@PVDF微球（第Ⅱ層）的SEM圖像。插圖是微球直徑分布的相應直方圖。
圖2.（a）CsPbBr3@PVDF微球的HAADF-STEM圖像和相應的EDS元素圖。（b）超薄切片CsPbBr3@PVDF微球的TEM圖像。插圖是PVDF微球中CsPbBr3大小分布的直方圖。（c）CsPbBr3納米晶體和CsPbBr3@PVDF微球的XRD圖譜。（d）CsPbBr3@PVDF微球的PL光譜。插圖是在紫外線下在鋁箔上電噴涂的CsPbBr3@PVDF微球的光學圖像。
圖3.（a）PVDF澆鑄膜、PVDF微球、CsPbBr3@PVDF微球、PVDF納米纖維膜和PPy/PVDF納米纖維膜的FTIR光譜。（b）PVDF/FeCl3納米纖維膜和PPy/PVDF納米纖維膜的光學圖像。（c）CsPbBr3、PVDF澆鑄膜、PVDF微球，CsPbBr3@PVDF微球和PVDF納米纖維膜的XRD圖譜。（d）3D多層納米纖維膜和三層納米纖維膜的具體應力-應變曲線。
圖4.正向連接（a）和反向連接（b）的示意圖。當施加的壓力為1 kPa和6 kPa時，3D多層納米纖維膜在正向連接（c，d）和反向連接（e，f）下分別生成的開路輸出電壓（Voc）和短路電流（Isc）。
圖5.（a，b）在施加6 kPa的壓力時，三層納米纖維膜和3D多層納米纖維膜分別產生的開路輸出電壓和短路電流。（c，d）三層納米纖維膜和3D多層納米纖維膜在施加的6 kPa壓力下的模擬壓電響應。
圖6.（a）基于PNG的3D多層納米纖維膜的開路輸出電壓和瞬時輸出功率與負載電阻的關系。（b）基于PNG的3D多層納米纖維膜的電容器充電性能。（c）基于PNG的3D多層納米纖維膜在周期性彎曲變形下的開路輸出電壓。（d）使用小葉和種子進行跌落測試的開路輸出電壓信號。
圖7.（a）在連續吹風的情況下，由基于PNG的織物通過橋式整流器充電的電容器的數字圖像。插圖是由電容器點亮的紅色LED。（b）連續吹氣時基于PNG的織物的開路輸出電壓。（c，d）基于PNG的織物對溫度波動的熱釋電輸出電流和電壓。（要解釋此圖例中對顏色的引用，請參閱本文的web版本。）
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