Vertically Aligned, Highly Ordered BiFeO 3 -BaTiO 3 Micropillars Supported by a Flexible P(VDF-TrFE) Layer for Harvesting Mechanical Energy and Sensing Applications

材料科学 压电 制作 能量收集 机械能 图层(电子) 功勋 光电子学 复合数 纳米技术 可穿戴技术 灵敏度(控制系统) 电压 氧化物 纳米发生器 有限元法 可穿戴计算机 阳极氧化 能量(信号处理) 紧迫的 机械强度 智能材料 氧化铝
作者
Panpan Lv,Hang Zhan,Shuzhi Zhang,Wentao Yang,Le Xin,Jia Wang,Ruihang Li,Cuncheng Li,Luchao Ren,Jin Qian,Mingwei Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 61153-61163 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c13670
摘要

Flexible piezoelectric materials have aroused significant interest in recent years due to their promising applications in portable and wearable electronic devices. However, developing high-performance flexible piezoelectric functional layers with a controllable morphology through an economical and simple approach remains a challenge. In this paper, highly ordered 0.7BiFeO 3 -0.3BaTiO 3 (BFO-BTO) micropillars were prepared in a controllable manner using a facile and cost-effective method based on commercial anodized aluminum oxide (AAO) templates. P(VDF-TrFE) was elected as the flexible carrier platform. Finite element simulation revealed that the incorporation of regular micropillars significantly enhances the strain distribution in the composite piezoelectric films, thereby increasing the piezopotential. Among the films with varying micropillar heights, the 1.5 μm BFO-BTO/P(VDF-TrFE) demonstrated an enhanced β-phase content and a higher figure of merit (FOM 33 ). A prototype piezoelectric device constructed with this functional layer exhibited exceptional performance, including high force sensitivity (4.69 V N –1 ), high output voltage (3.54 V), and superior mechanical stability (2000 cycles). Owing to these properties, the device holds promise in mechanical energy harvesting and real-time monitoring of human body motions. The proposed AAO template-assisted fabrication strategy offers a paradigm for designing high-performance flexible piezoelectric components for energy harvesting and sensing applications.
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