High Performance Piezoelectric Nanogenerators Based on Electrospun ZnO Nanorods/Poly(vinylidene fluoride) Composite Membranes

材料科学 纳米发生器 纳米复合材料 纳米棒 压电 静电纺丝 膜 复合数 纳米颗粒 复合材料 纳米技术 纳米纤维 聚合物 生物 遗传学
作者
Jingjing Li,Sheng Chen,Wentao Liu,Runfang Fu,Shijian Tu,Yinghui Zhao,Liqin Dong,Bin Yan,Yingchun Gu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:123 (18): 11378-11387 被引量:162
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b12410
摘要

A novel flexible zinc oxide/poly(vinylidene fluoride) (ZnO/PVDF) nanocomposite was prepared by electrospinning for fabricating a piezoelectric nanogenerator (PNG). The ZnO nanoparticles (NPs) and nanorods (NRs) were used as nanofillers of piezoelectric PVDF to prepare fibrous nanocomposite membranes. It has been found that the addition of piezoelectric ZnO NPs and NRs can improve the overall performance of the PNGs fabricated with the electrospun membranes. A large electrical throughput (open circuit voltage ∼85 V and short circuit current ∼2.2 μA) from the ZnO NR/PVDF fiber membrane-based PNG (ZR-PNG) indicates that ZnO NRs are effective functional fillers for PVDF. The high aspect ratio and flexibility characteristics of ZnO NRs were found to be highly beneficial for improving the piezoelectric properties of the nanocomposites. ZnO NRs act as nucleating agents of β-phase PVDF, and ZnO NRs can also produce piezoelectric charges when they deform with the composite fibrous membrane. It has been concluded that the obvious synergistic effects between the piezoelectric nanofillers and electroactive β-crystals of PVDF in the ZnO NRs/PVDF composites are useful for the construction of the high-performance flexible PNG. In addition, the fabricated ZR-PNG can light up commercial light emitting diodes (40 white, 36 blue) and charge the capacitors in a very short time (3 V is accomplished in 25 s), which indicates the potential of the ZR-PNG for portable, wearable, flexible, or self-powered electronic devices.

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