DOI:10.1021/acsapm.0c00158

本文报告了纳米纤维素增强的柔性复合压电纳米发电机（PENGs）的振动和压力传感性能。将表面氟化的纳米纤维素晶体（FNC）掺入聚偏氟乙烯（PVDF）中，并电纺成复合纳米纤维。PVDF中仅掺入2wt％FNC即可显著提高压力灵敏度，可检测的压力极限非常低，仅为10 Pa，灵敏度高达18 mV/kPa。复合PENGs也显示出对强制连续振动的极高灵敏度。对于给定的应变，2FNC/PVDF复合材料的电压响应比纯PVDF高一个数量级。当将PENGs安装在真空泵上以将机械振动转换为电能时，2FNC/PVDF复合器件的电压输出比纯PVDF增强了约3.8倍，并且电容器的充电速度更快。PVDF/FNC纳米复合材料增强的压电性能可归因于PVDF和纳米纤维素之间的定制界面以及增强的极化率。

图1.FNC的19F C PMAS固态NMR。

图2.PVDF/FNC复合材料的SEM图像:（a）PVDF、（b）1FNC、（c）2FNC和（d）5FNC。

图3.（a）PVDF/FNC纳米纤维的WAXS分析。（b，c）PVDF/FNC纳米纤维的ATR-FTIR分析。

图4.（a）压电纳米发电机的数字图像；衰减振动的产生示意图。（b）俯视图，（c）侧视图，以及（d）放下重物时梁的振动；振动幅度变化的振动感应。（e）PVDF、（f）2FNC和（g）比较PVDF和2FNC对低振幅衰减振动的传感能力。

图5.相对于梁上落重的正振幅电压。

图6.使用PVDF和PVDF/FNC PENG进行的低振幅强制连续振动传感：（a）振动产生装置示意图，（b）无应变的信号（示波器信号），对PVDF（c）和2FNC（d）施加0.1％、0.2％和0.5％应力的输出信号，PVDF和2FNC在0.2％和1％应变下的比较（e，f）。

图7.移动振动的传感：当PENG连接到示波器但手机未处于振动模式时的基本信号及其FFT（a，b），PENGs置于手机下方且处于振动模式时，PVDF（c，d）和2FNC（e，f）的电压信号和FFT，以及2FNC PENG的放大信号（g）。

图8.（a）PVDF和2FNC PENG的压力传感能力比较；（b）低压和（c）中压时PVDF和2FNC PENG的压力灵敏度。

图9.从真空泵振动中收集能量：（a）设置，（b）PVDF和（c）2FNC PENG的电压输出，以及PVDF和2FNC PENG的电容器充电性能（d）。

图10.（a）PVDF和2wt％PVDF/FNC的P-E回路；（b，c）疲劳实验，以显示Pr在循环次数中的保留。