Self-powered triboelectric/pyroelectric multimodal sensors with enhanced performances and decoupled multiple stimuli

摩擦电效应 材料科学 接触带电 热电性 光电子学 压力传感器 铁电性 制作 灵敏度(控制系统) 纳米技术 电子工程 复合材料 替代医学 病理 电介质 工程类 物理 热力学 医学
作者
Young‐Eun Shin,So-Dam Sohn,Huijun Han,Yoojeong Park,Hyung‐Joon Shin,Hyunhyub Ko
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:72: 104671-104671 被引量:77
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104671
摘要

Self-powered multifunctional sensors have been receiving great attention for their potential use in sustainable wearable electronics. In this work, we demonstrate a facile approach for the development of self-powered multimodal pressure-temperature sensors based on an identical ferroelectric copolymer, poly (vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) for the contact pair materials by switching the triboelectric polarity via ferroelectric polarization. This approach enables the identical material-based triboelectric devices with remarkably enhanced triboelectric and pyroelectric output performances. The inversely-polarized P(VDF-TrFE) device exhibits ~106 and ~12 times higher triboelectric and pyroelectric currents, respectively, compared to those of non-polarized devices. Consequently, our triboelectric device provides the highest pressure sensitivity of 40 nA kPa−1 and 1.4 V kPa−1 with a broad pressure detection range (98 Pa–98 kPa) as well as competitive temperature sensitivity of 0.38 nA °C−1 and 0.27 nA °C−1 in cooling and heating states, respectively, compared to previous PVDF-based self-powered sensors. Furthermore, our self-powered sensor can discriminate multiple stimuli including pressure as well as temperature without signal interference. Our sensor can be utilized for the monitoring of weak pulse pressure as well as multimodal finger touch. This work provides a facile fabrication approach to realize triboelectric and pyroelectric multimodal devices with outstanding output performances.
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