Boosting piezoelectric and triboelectric effects of PVDF nanofiber through carbon-coated piezoelectric nanoparticles for highly sensitive wearable sensors

摩擦电效应 聚偏氟乙烯 材料科学 纳米发生器 压电 纳米纤维 压电系数 复合材料 静电纺丝 纳米技术 压电传感器 纳米颗粒 光电子学 聚合物
作者
Xiaoxia Li,Dongxiao Ji,Bingxue Yu,Rituparna Ghosh,Ji‐Huan He,Xiaohong Qin,Seeram Ramakrishna
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:426: 130345-130345 被引量:115
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.130345
摘要

Piezoelectric and triboelectric effects are vital mechanisms in motion sensing. Improving both the piezoelectric performance and triboelectric effect for a single material is an important approach to further improve the sensitivity of the sensor. Herein, we achieve the enhancement of both effects in electrospun polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofiber by simply adding carbon-coated zinc oxide ([email protected]) nanoparticles as additive. We found that [email protected] can not only increase the β-phase in PVDF, resulting in an enhanced piezoelectric coefficient. It also negatively shifted the surface potential of PVDF to a high value of −740 mV, thereby modifying the triboelectric effect. The fabricated [email protected]/PVDF nanogenerator exhibits 4 times enhancement in the voltage output, thus resulting in high sensitivity of 0.98 V kPa−1 when used as wearable sensors. Due to the good mechanical properties of nanofibers, we also demonstrated the application of [email protected]/PVDF nanogenerator as body motion sensor with excellent deformation stability. Therefore, adding carbon-coated piezoelectric nanoparticles provides an effective approach to simultaneously enhance the piezoelectric and triboelectric effects of ferroelectric polymer for highly sensitive wearable sensors.
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