聚偏二氟乙烯（PVDF）-NaNbO3聚合物-陶瓷-复合材料柔性薄膜的设计及其作为能量收集器的应用

《physica status solidi (a)– applications and materials science》：Design of Polymer–Ceramic–Composite Flexible Films of Polyvinylidene fluoride–NaNbO3 as Energy Harvesters

本研究开发了一种聚vinylidene氟化物（PVDF）-钠氧锆（NaNbO3）复合柔性薄膜，通过水热法制备纯相正交晶系的NaNbO3陶瓷相。采用不同质量比（95:5至80:20）的复合薄膜经溶液浇铸法制备，FTIR证实有机相和陶瓷相的结合。介电性能测试表明其具备能量收集能力，P-E环显示高矫顽力和剩余极化。原型系统在33MΩ负载下，人体压力可产生约9V的电压脉冲。

　　

摘要

灵活的储能/能量收集装置对于满足先进技术中各种柔性产品的能源需求至关重要。聚合物-陶瓷复合系统在开发适用于不同应用领域的柔性器件方面得到了广泛研究与应用。本研究制备了聚偏二氟乙烯（PVDF）-NaNbO₃复合柔性薄膜。陶瓷相NaNbO₃采用水热合成法制备，通过X射线衍射及Rietveld精修分析确认其具有正交晶结构。这些复合薄膜通过溶液浇铸法在不同PVDF:NaNbO₃（质量比95:05、90:10、85:15、80:20）配比下制备而成。所有薄膜均进行了傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析，以识别有机相中的官能团以及陶瓷混合物对薄膜性能的影响。研究了复合材料的介电常数和损耗因子等介电特性，验证其作为能量收集器的潜力。通过极化-电场（P-E）循环测试分析了其铁电性能，发现矫顽力和剩极化强度均发生了显著变化。制备了该能量收集系统的原型模型，并利用数字存储示波器验证了其作为能量收集器的可行性。质量比为0.85的PVDF与0.15的NaNbO₃组成的复合材料在施加33 MΩ负载电阻时，仅通过人体压力即可产生约9 V的输出电压脉冲，其有效值（V_rms）为4.02 V。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。