Fluorinated Bismaleimide Composites with Enhanced Piezoelectric Characteristics for Motion Monitoring

材料科学 压电 复合材料 电介质 氮化硼 耐久性 压电传感器 复合数 灵敏度(控制系统) 极限抗拉强度 介电损耗 热稳定性 数码产品 氮化物 温度循环 工作(物理) 柔性电子器件 热的 结构健康监测 人体运动 压力(语言学) 玻璃纤维 胶粘剂 杨氏模量 动载荷 高-κ电介质 热导率 纤维 热膨胀 先进复合材料
作者
Bilin Zhang,Xinyu Zhang,Yugen Wang,Shengping Li,Pengfei He,Fei Liu,Jianwei Li
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (20): 13597-13608 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c02426
摘要

The design and development of a function–structure integrated composite for harsh environments is in high demand. This study develops a flexible piezoelectric sensor (FBMI-BN) based on fluorinated bismaleimide (FBMI) resin, boron nitride (BN) particles, and a glass fiber mat to address the limitations of conventional piezoelectric sensors in extreme environments (high temperature, humidity, strong acids/bases, etc.). Results demonstrate that BN incorporation significantly enhances the mechanical properties, thermal stability (5% decomposition temperature, 410 °C; glass transition temperature, 270 °C), dielectric performance (dielectric constant, 3.2–4.8, dielectric loss, 0.01–0.06), thermal conductivity, and piezoelectricity. The composite films exhibit storage moduli of 6–13 GPa, tensile strengths of 13–25 MPa, and Young’s moduli of 500–2500 MPa. The optimized FBMI-BN10% sensor achieves exceptional piezoelectric outputs (20 V and 850 nA) with rapid response/recovery times (17/23 ms), high sensitivity (1.17 V·kPa–1), and remarkable durability (>12000 cycles). Practical applications in wearable electronics and motion monitoring are demonstrated through the real-time detection of human movements and badminton stroke dynamics. This work provides a robust strategy for designing high-performance sensors operable under harsh conditions.
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