Supersonically sprayed PVDF and ZnO flowers with built-in nanocuboids for wearable piezoelectric nanogenerators

材料科学 压电 聚偏氟乙烯 能量收集 复合数 涂层 超音速 陶瓷 相(物质) 聚合物 光电子学 复合材料 功率(物理) 化学 物理 有机化学 量子力学 热力学
作者
Bhavana Joshi,Jaewoo Seol,Edmund Samuel,Woojin Lim,Chan-Woo Park,Ali Aldalbahi,Mohamed H. El‐Newehy,Sam S. Yoon
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:112: 108447-108447 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108447
摘要

Healthcare implant devices that can internally generate a flow of electrical charge driven by mechanical stimuli are in demand. Such self-powered electromechanical devices are known as piezoelectric nanogenerators (PENGs). In this study, a piezo-ceramic element of hydrothermally synthesized ZnO flowers comprising built-in nanocuboids was supersonically sprayed with piezo-polymer polyvinylidene fluoride (PVDF) to fabricate ZnO-embedded PVDF films for flexible PENG devices. In the presence of ZnO, the catastrophic supersonic impact and shear flow transformed the nonpolar α-phase of PVDF into the polar β-phase. The combination of ZnO flowers with built-in nanocuboids and β-phase-rich PVDF can help enhance generated charges at interfacial sites under an applied force. The supersonically sprayed PVDF/ZnO composite exhibited a 32% increase in the β-phase compared to that exhibited by pure PVDF prior to supersonic coating. The effective piezoelectric coefficient values (d33*) of the pure PVDF and PVDF/ZnO composite films were 43 and 150 pm·V‐1, respectively; the corresponding open-circuit voltages were 1.2 and 25.5 V, respectively. These significant differences confirm the pivotal role of ZnO in increasing the β-phase within PVDF during supersonic spraying. The form of the externally applied force and frequency were varied to evaluate the electromechanical performance of PVDF/ZnO. The energy harvesting capability of the composite was demonstrated using 33 light-emitting diodes.
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