Boosting Performance of Self-Polarized Fully Printed Piezoelectric Nanogenerators via Modulated Strength of Hydrogen Bonding Interactions

极化 材料科学 钛酸钡 压电 聚偏氟乙烯 复合数 纳米复合材料 纳米颗粒 表面改性 氢键 铁电性 纳米技术 化学工程 复合材料 电介质 陶瓷 光电子学 聚合物 有机化学 化学 分子 工程类
作者
Hai Li,Sooman Lim
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (8): 1908-1908 被引量:25
标识
DOI:10.3390/nano11081908
摘要

Self-polarized piezoelectric devices have attracted significant interest owing to their fabrication processes with low energy consumption. Herein, novel poling-free piezoelectric nanogenerators (PENGs) based on self-polarized polyvinylidene difluoride (PVDF) induced by the incorporation of different surface-modified barium titanate nanoparticles (BTO NPs) were prepared via a fully printing process. To reveal the effect of intermolecular interactions between PVDF and NP surface groups, BTO NPs were modified with hydrophilic polydopamine (PDA) and hydrophobic 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilane (PFDTES) to yield PDA-BTO and PFD-BTO, respectively. This study demonstrates that the stronger hydrogen bonding interactions existed in PFD-BTO/PVDF composite film comparative to the PDA-BTO/PVDF composite film induced the higher β-phase formation (90%), which was evidenced by the XRD, FTIR and DSC results, as well as led to a better dispersion of NPs and improved mechanical properties of composite films. Consequently, PFD-BTO/PVDF-based PENGs without electric poling exhibited a significantly improved output voltage of 5.9 V and power density of 102 μW cm−3, which was 1.8 and 2.9 times higher than that of PDA-BTO/PVDF-based PENGs, respectively. This study provides a promising approach for advancing the search for high-performance, self-polarized PENGs in next-generation electric and electronic industries.
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