Flexible and highly piezoelectric nanofibers with organic–inorganic coaxial structure for self-powered physiological multimodal sensing

压电 材料科学 纳米纤维 同轴 纳米线 纳米技术 灵敏度(控制系统) 压电传感器 复合材料 表征(材料科学) 计算机科学 电子工程 电信 工程类
作者
Xingyi Wan,Zhuo Wang,Xinyang Zhao,Quanhong Hu,Zhou Li,Zhong Lin Wang,Linlin Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:451: 139077-139077 被引量:91
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.139077
摘要

The relatively low sensitivity of flexible piezoelectric nanogenerators (PENG) is the most urgent problem to be solved for their applications in internet of things and artificial intelligences. To improve the piezoelectricity of polymeric fibers without discount of flexibility, BaTiO3 nanowire (BTNW) with high aspect ratio is introduced into the piezoelectric P(VDF-TrFE) (denoted as PT) electrospun fibers to form coaxial composite nanofibers for improving the sensitivity towards external mechanical loads. To reinforce the organic–inorganic interfacial interaction for the improvement of the piezoelectric response, a nanolayer of polydopamine (PDA) is uniformly coated on the surface of BTNW (denoted as pBTNW) to form PT/pBTNW nanofibers. The introduction of 7 wt% pBTNW into the fibers significantly improves the polymeric β-phase conformation and mechanical properties, simultaneously, resulting in an optimal piezoelectric output of 18.2 V under an impact force of 5 N with excellent sensitivity of 4.3 V N−1. Through both theoretical simulation and experimental characterization, the PT/pBTNW-based PENG exhibits a higher electrical output than the equivalent nanoparticle-based PENG. The optimized PENG sensor can be used for self-powered and sensitive biomonitoring of physiological movements, finger identification and voice recognition. Overall, this work offers a reliable method for enhancing piezoelectricity of flexible polymeric nanofiber and designing high-performance PENG for wearable fabric-based sensors.
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