Biomimetic Heteromodulus All-Fluoropolymer Piezoelectric Nanofiber Mats for Highly Sensitive Acoustic Detection

含氟聚合物 材料科学 压电 纳米纤维 纳米技术 复合材料 聚合物
作者
Yujie Wu,Chunyan Tang,Shan Wang,Jiaxing Guo,Jing Qi,Junhong Liu,Kai Ke,Yu Wang,Wei Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (14): 21808-21818 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.5c01549
摘要

Flexible piezoelectric pressure sensors have aroused a plethora of applications in wearable electronics, acoustic transducers, and energy harvesters thanks to many merits such as prompt response, good signal linearity, and ease of shaping. However, as all-polymer piezoelectric films have a low piezoelectric coefficient and severe stress dissipation, it is currently challenging to achieve a high piezoelectric output for the foregoing applications without introducing nanomaterials or piezoelectric ceramics. Here, we report a local stress engineering strategy to fabricate biomimetic all-fluoropolymer piezoelectric film pressure sensors with high-modulus poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanospheres embedded on low-modulus poly(vinylidene fluoride-trifluoride ethylene) (PVDF-TrFE) nanofibers for highly sensitive acoustic detection. High-modulus PVDF nanospheres create many local stress concentration sites on PVDF-TrFE nanofibers and increase the local deformation, leading to significantly improved force/pressure sensitivity. As such, by comparison with the force sensitivity of 60 mV/N for neat PVDF-TrFE, the heteromodulus fiber mats with 10 wt % PVDF nanospheres can achieve a force sensitivity of 145.1 mV/N over 0-25 N dynamic impact force (i.e., 0 ∼ 250 kPa pressure), together with an acoustic detection limit as low as 60 dB or 0.02 Pa.
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