《Polymer》：Tailored PVDF-CNC-BiFeO
3 electrospun nanocomposites for hybrid energy harvesting: comprehensive investigation into microstructural and electromechanical behavior
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PVDF-CNC-BFO纳米复合材料通过电纺与纳米填料协同作用，研究其结晶度、β相形成及介电动态响应，揭示三相纳米复合材料的界面极化机制。成功制备压电-摩擦电混合纳米发电机，压电纳米发电机（PENG）最大输出功率密度达544 μW/cm3，压电-摩擦电混合纳米发电机（PTNG）在指尖按压下实现72 V开路电压和15 μA短路电流，可集成弹簧结构监测道路状况或车辆运动能量收集。
Sreelakshmi Moozhiyil Purushothaman | Chitra Lekha C S | Ma?té Fernandes Tronco | Marc Pon?ot | Sabu Thomas | Nandakumar Kalarikkal | Isabelle Royaud | Didier Rouxel
法国洛林大学，法国国家科学研究中心（CNRS），让·拉穆尔研究所，F-54000，南希
摘要
本研究探讨了将聚偏二氟乙烯（PVDF）与纤维素纳米晶体（CNC）和铋铁氧体（BiFeO3, BFO）结合，制备用于机械能收集和传感应用的双填料纳米复合膜。通过对比分析方法，详细研究了静电纺丝工艺和纳米填料对结晶度比及β相形成的综合影响。通过对动态介电响应的分析，发现添加填料后界面极化发生了变化，这有助于更深入地理解三相纳米复合材料中的复杂相互作用。此外，还表征了纳米纤维的形态、铁电性和机械性能。通过制备压电和压电摩擦电混合纳米发电机，展示了PVDF-CNC-BFO纳米复合材料的实际应用潜力。基于这种双填料纳米复合材料的压电纳米发电机（PENG）最大功率密度达到544 μW/cm3，具有优异的耐用性和充电能力，并能有效响应多种机械刺激，包括人体动作和悬臂振动；压电摩擦电混合纳米发电机（PTNG）在手指敲击下可产生72 V的开路电压和15 μA的短路电流，足以驱动小型电子设备。当与弹簧结构集成时，PTNG在监测道路状况和车辆运动中收集能量方面展现出应用潜力，证明了其作为下一代自供电传感器和便携式能量收集器的能力。
部分内容摘录
引言
聚偏二氟乙烯（PVDF）是一种广泛应用于可持续能源收集器和可穿戴传感器开发的电活性聚合物。近年来，人们越来越关注利用PVDF纳米复合材料开发多功能多模式纳米发电机。结合PVDF的压电效应和摩擦电效应以增强机械能收集的混合纳米发电机受到了广泛关注[1]。
PVDF纳米复合纤维的微观结构表征
在对PVDF纳米复合材料进行详细分析之前，首先对纳米填料进行了表征，相关细节见支持信息。随后确定了贡献最多电活性相的CNC和BFO的重量比例。分析采用了先前研究[29]中建立的比较标准，使用了DSC、WAXS、FT-IR和拉曼光谱等技术。
结论
分别添加了0.5%、1%、2%和3%的CNC和BFO的PVDF-CNC及PVDF-BFO膜通过DSC、WAXS、FT-IR和拉曼光谱对其总结晶度和结晶相比例进行了系统研究。虽然填料对整体结晶度影响较小，但添加1%的CNC略微增加了β相含量。在含有BFO的样品中，3% BFO的样品具有最高的电活性相含量。基于这些发现，提出了双填料
作者贡献声明
Chitra Lekha C S：撰写——审稿与编辑、实验研究、数据分析。Sreelakshmi Moozhiyil Purushothaman：撰写——初稿撰写、数据可视化、方法设计、实验研究、数据分析、概念构思。Ma?té Fernandes Tronco：数据分析。Sabu Thomas：资源协调、项目管理。Marc Pon?ot：撰写——审稿与编辑、项目指导。Isabelle Royaud：撰写——审稿与编辑、项目指导、资源协调。Nandakumar Kalarikkal：撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢印度-法国高级研究中心（IFCPAR/CEFIPRA，项目编号6408-1）、法国国家科学研究中心（CNRS）以及洛林大学对本文研究的支持。同时感谢印度喀拉拉邦马哈特玛·甘地大学的先进分析仪器设施（SAIFs）提供了FESEM设备。
