DOI:10.1177/1528083720926493

本研究介绍了一种基于电纺聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维行走能量收集应用的压电纳米发电机的实验表征和有限元研究。使用PiezoTester在低频循环冲击下对纳米发电机装置的压电响应进行了实验评估。然后对冲击试验进行模拟，并将获得的实验施加力-时间曲线作为冲击器外力实施到有限元模型中。在此基础上，引入一种新的迭代有限元模拟方法来测定PVDF纳米纤维的压电性能，以避免重复实验。将实验电压-时间与从优化有限元模型获得的电压时间进行比较，数值曲线与实验曲线吻合较好。以PVDF纳米纤维纳米发电机集成泡沫(PNIF)为例，模拟了其在鞋垫中作为能量采集器的应用。然后建立了有效的有限元模型，优化了PNIF的弹性模量，以达到人类行走过程中能量采集器的最大效率。结果表明，在211.27 kPa的PNIF模量下，能量采集效率最高，可产生15.1 V。上述研究结果为制鞋业中的可穿戴式能量收集装置建立了工业规模的工程设计规则。