Electrospinning of porous polyvinylidene fluoride microspheres alloyed fibrous membrane with enlarged strain for efficient piezoelectric energy harvesting

聚偏氟乙烯 材料科学 静电纺丝 压电 复合材料 多孔性 纳米纤维 纤维 聚合物 遗传学 生物
作者
Xuan Zhang,Zhuzhu Shao,Jintao Liu,Xingang Liu,Chuhong Zhang
出处
期刊:Journal of polymer science [Wiley]
卷期号:62 (20): 4789-4800
标识
DOI:10.1002/pol.20240371
摘要

Abstract Piezoelectric energy harvesters (PEHs) developed from electrospun polyvinylidene fluoride (PVDF) fibers offer flexibility and superior piezoelectric output, making them promising for self‐powered systems and sensors. Nonetheless, the electromechanical conversion efficiency of conventional electrospun PVDF fibers is impeded by their limited pressure‐strain range. Herein, elastic porous PVDF microspheres are introduced in‐situ via electrospinning to craft a piezoelectric membrane with higher compressive strain. The PVDF microspheres are uniformly embedded between the fibers in a sandwich fashion, and their dimension is easily tunable by varying spinning solution's concentration. Moreover, the micropores on the PVDF microspheres created by removing pre‐mixed SiO 2 template not only elevates the β crystal content of PVDF to 82.19%, but also improves the compressibility, significantly boosting the piezoelectric output. The microsphere alloyed PVDF PEH delivers a piezoelectric output of 33.0 V and a power density of 8 μW/cm 2 , over 5.8 times that of conventional electrospun PVDF membrane, and can consistently charge lithium‐ion batteries. Our research unveils a novel strategic path to modify fiber structured PEHs, advancing their applications in self‐powered systems.

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