Spontaneous High Piezoelectricity in Poly(vinylidene fluoride) Nanoribbons Produced by Iterative Thermal Size Reduction Technique

极化 材料科学 压电 光电子学 热稳定性 熔点 相(物质) 热的 复合材料 纳米技术 铁电性 热力学 化学工程 化学 有机化学 电介质 工程类 物理
作者
Mehmet Kanık,Ozan Aktaş,Hüseyin Şener Şen,Engin Durgun,Mehmet Bayındır
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:8 (9): 9311-9323 被引量:127
标识
DOI:10.1021/nn503269b
摘要

We produced kilometer-long, endlessly parallel, spontaneously piezoelectric and thermally stable poly(vinylidene fluoride) (PVDF) micro- and nanoribbons using iterative size reduction technique based on thermal fiber drawing. Because of high stress and temperature used in thermal drawing process, we obtained spontaneously polar γ phase PVDF micro- and nanoribbons without electrical poling process. On the basis of X-ray diffraction (XRD) analysis, we observed that PVDF micro- and nanoribbons are thermally stable and conserve the polar γ phase even after being exposed to heat treatment above the melting point of PVDF. Phase transition mechanism is investigated and explained using ab initio calculations. We measured an average effective piezoelectric constant as −58.5 pm/V from a single PVDF nanoribbon using a piezo evaluation system along with an atomic force microscope. PVDF nanoribbons are promising structures for constructing devices such as highly efficient energy generators, large area pressure sensors, artificial muscle and skin, due to the unique geometry and extended lengths, high polar phase content, high thermal stability and high piezoelectric coefficient. We demonstrated two proof of principle devices for energy harvesting and sensing applications with a 60 V open circuit peak voltage and 10 μA peak short-circuit current output.
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