Interface induced performance enhancement in flexible BaTiO3/PVDF-TrFE based piezoelectric nanogenerators

材料科学 压电 纳米复合材料 纳米线 纳米发生器 复合材料 相(物质) 压电系数 聚合物 色散(光学) 纳米技术 光学 物理 有机化学 化学
作者
Kunming Shi,Bin Chai,Haiyang Zou,Peiyue Shen,Bin Sun,Pingkai Jiang,Zhiwen Shi,Xingyi Huang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:80: 105515-105515 被引量:266
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105515
摘要

Nanocomposites consisting of a flexible piezoelectric polymer and a reinforcing phase have shown great potential for constructing high-performance piezoelectric nanogenerators (PENGs). However, the weak interface and poor dispersion of piezoelectric reinforcing phase significantly impair the electromechanical properties (e.g., effective stress/strain, piezoelectric coefficients) of the nanocomposites, thus severely restricting the performance enhancement of the PENGs. In this study, we hydrothermally synthesized the piezoelectric reinforcing phase of BaTiO3 nanowires, and grafted a layer of high-modulus polymethyl methacrylate (PMMA) onto the nanowire surface via surface-initiated polymerization. The PMMA coating layer forms a strong interface between BaTiO3 nanowires and the polymer matrix [i.e., poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)], which efficiently improves dispersion of the BaTiO3 nanowires and stress transfer at the interface, therefore resulting in an enhanced output performance in the fibrous nanocomposite PENGs. The output voltage and current of the PMMA encapsulated BaTiO3 ([email protected]3) nanowires-based PENG can reach to 12.6 V and 1.30 μA, with a maximum output power of 4.25 μW, which is 2.2 times and 7.6 times higher than the PENG with unmodified BaTiO3 nanowires and the PENG without BaTiO3 nanowires, respectively. Furthermore, the flexible PENG exhibits great stability that could continuously generate stable electrical pulses for 6000 cycles without any decline. This study provides a feasible approach of interface tailoring for achieving high-performance piezoelectric nanocomposite and shows the promising potential of the fibrous nanocomposites in biomechanical energy harvesters and smart wearable sensors.
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