Siloxene/PVDF Composite Nanofibrous Membrane for High‐Performance Triboelectric Nanogenerator and Self‐Powered Static and Dynamic Pressure Sensing Applications

材料科学 摩擦电效应 纳米发生器 静电纺丝 聚偏氟乙烯 复合材料 复合数 纳米纤维 电容感应 压力传感器 能量收集 聚合物 压电 功率(物理) 电气工程 机械工程 物理 工程类 量子力学
作者
Trilochan Bhatta,Sudeep Sharma,Kumar Shrestha,Youngdo Shin,Sookyeong Seonu,Sanghyun Lee,Dongkyun Kim,Md Sharifuzzaman,S M Sohel Rana,Jae Yeong Park
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (25) 被引量:163
标识
DOI:10.1002/adfm.202202145
摘要

Abstract Polymer nanofibers are widely adopted in energy harvesting and pressure sensing applications owing to the large contact area and inherent compressibility. Herein, a high‐performance triboelectric nanogenerator (TENG) based on 2D siloxene‐polyvinylidene fluoride (S‐PVDF) composite nanofibrous membrane is newly evaluated. Through proper ratio optimization and facile electrospinning, the fabricated membrane shows significant improvement in dielectric property, electronegativity, and compressibility. The TENG comprising S‐PVDF membrane and Nylon 6/6 can deliver an excellent power density of 13.25 W m −2 ( f ≈ 5 Hz) and easily operates low‐power electronics and Internet of things (IoTs). In addition, the excellent compressibility of membrane extends its applicability to self‐powered simultaneous detection of dynamic and static pressure, which is investigated by developing a hybrid pressure sensor (HPS) through effective integration of TENG and a capacitive pressure sensor. The HPS shows an excellent dynamic (12.062 V kPa −1 at (<3 kPa) and 2.58 V kPa −1 at (3–25 kPa)) and static (25.07 mV kPa −1 at (<3 kPa) and 5.96 mV kPa −1 at (3–25 kPa)) pressure sensitivities, respectively. Furthermore, a 2 × 2 HPS array tested and analyzed for multiple users using artificial intelligence significantly improves the accuracy (98%). Remarkable energy harvesting performance and greater accuracy of the HPS manifests better preferences for future self‐powered IoT and smart tactile‐based user authentication systems.
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