Flexible Piezoelectric and Pyroelectric Nanogenerators Based on PAN/TMAB Nanocomposite Fiber Mats for Self-Power Multifunctional Sensors

材料科学 能量收集 压电 静电纺丝 热电性 光电子学 纳米纤维 纳米技术 复合材料 功率(物理) 铁电性 聚合物 物理 量子力学 电介质
作者
Xuran Li,Yinhui Li,Yong Li,Jianqiang Tan,Jin Zhang,Hulin Zhang,Jianguo Liang,Tingyu Li,Yaodong Liu,Huabei Jiang,Pengwei Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (41): 46789-46800 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.2c10951
摘要

Self-powered wearable electronics to convert mechanical and thermal energy into electrical energy are important for biomedical monitoring, which highly require good flexibility, comfortability, signal sensitivity, and accuracy. In this work, composite nanofiber mats of polyacrylonitrile (PAN) and trimethylamine borane (TMAB) were prepared by electrospinning, which exhibited excellent piezoelectric and pyroelectric abilities in harvesting mechanical and thermal energy. The PAN/TMAB-4 nanofiber mats not only generated a high voltage of up to 2.56 V and a high power of 0.19 μW upon shape deformation but also exhibited linear voltage response to thermal gradient. The hybrid piezoelectric and pyroelectric output signals were successfully integrated together and have been applied to precisely monitor human vital signs, including elbow bending angles, foot posture, and breathing status, in real time by attaching the flexible sensors to proper human body parts. Overall, good flexibility, bifunctional sensing ability, and self-power make PAN-/TMAB-type sensors very attractive in fabricating high-performance electronics for detecting motion, monitoring health, and making portable microelectronics.
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