Enhancing Triboelectric Performance Through 2D Nanofillers (MXene, hBN, rGO) in PVDF Nanofiber for Self‐Powered Sensing

材料科学 摩擦电效应 光电子学 静电纺丝 压力传感器 聚偏氟乙烯 纳米纤维 纳米技术 聚对苯二甲酸乙二醇酯 纳米发生器 能量收集 聚二甲基硅氧烷 功率密度 石墨烯 基质(水族馆) 纳米材料 剥脱关节 微电子机械系统 电流密度 硅酮 纳米机电系统 图层(电子) 压阻效应 复合材料 氧化锡 纳米颗粒 纤维 氧化物 纳米复合材料 压电 能量转换
作者
D. Sahoo,Sashwata Sahoo,Debashish Nayak,Smita Mohanty,Ramakanta Naik
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:10 (24) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/admt.202501141
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as a promising technology for sustainable energy harvesting and health monitoring applications. This study unveils a promising TENG device based on electrospun polyvinylidene fluoride nanofibers (PVDF NF) incorporated with 2D nanofillers, MXene (Ti 3 C 2 T x ) synthesized by HF etching, hexagonal boron nitride nanosheets (hBNNs) synthesized by liquid phase exfoliation method, and reduced graphene oxide (rGO). The structural, morphological, and spectroscopic characterization confirms successful integration of these nanomaterials within the PVDF matrix. Utilizing these materials, the TENG device is assembled and optimized through triboelectric layer and substrate variations, which reveals a standout combination: PVDF‐MXene/indium tin oxide‐coated polyethylene terephthalate (ITO‐PET) paired with polydimethylsiloxane (PDMS), achieving superior electrical outputs Voc = 80 V, current density = 250 nA cm − 2 , charge density = 5 nC cm −2 , and power density = 22 mW m −2 at 6 MΩ. Along with that, a pressure sensor prototype is also fabricated which demonstrates force dependent sensitivity. Furthermore, the real‐time monitoring of wrist pulse pressure sensing demonstrates a subtle increase in current density output up to 2 and 14 nA cm −2 for deep breathing and running conditions. The present study provides a foundational framework for next‐generation energy harvesting devices and self‐powered wearable sensors for health monitoring.
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