DOI:10.3390/s20185214

随着人们对压电聚偏氟乙烯（PVDF）在纳米发电机（NGs）、传感器和微型设备中应用的兴趣不断提高，寻求最有效、最合适的合成方法也成为研究领域的当务之急。静电纺丝是制备更高含量β相PVDF纳米纤维膜的有效方法，且无需额外的高压极化或机械拉伸，因此，被认为是一种经济可行且相对简单的方法。本文讨论了制备具有较高电输出的PVDF薄膜所需相的影响因素。最佳制备条件（例如溶液浓度，溶剂，PVDF的分子量等）的设计和选择会导致NG、传感器和其他应用中的电性能和整体性能提高。另外，还讨论了纳米粒子添加剂对PVDF薄膜性能的改善作用。例如，总结了BaTiO3、碳纳米管、石墨烯、纳米粘土等添加剂对静电纺丝PVDF中较高压电响应的贡献。最后，本文还分析了最近报道的静电纺丝PVDF薄膜的应用。

图1.由拉伸和高压极化电压产生聚偏氟乙烯（PVDF）和β-PVDF的主相。

图2.压电元件的轴定义。

图3.静电纺丝/电喷涂装置。

图4.静电纺丝膜形态随聚合物浓度的变化。原始放大倍率：500×（左）和10k×（右）。电压：5kV；流速：0.3mL/h；距离：10cm；DMF/丙酮＝8/2。（a）10％，（b）13％，（c）15％，（d）17％，（e）20％

图5.对于相应的16wt％PVDF溶液，上述电纺膜的β相分数与具有不同“X”/丙酮体积比的混合溶剂的函数关系。“X”代表四种溶剂之一。

图6.在不同分子量下，定向起皱的电纺PVDF纤维及其横截面的SEM图像。（a，d）Mw=180×103。（b，e）Mw＝275×103。（c，f）Mw=530×103。

图7.通过静电纺丝PVDF溶液制备不同形态样品的代表性图片。（a-c）随机取向的纤维，（a）起皱，（b）光滑，（c）多孔。（d-f）定向纤维，（d）起皱，（e）光滑，（f）多孔。

图8.在环境温度下制备的电纺PVDF纳米纤维的FE-SEM图像：（a）5℃，（b）15℃，（c）25℃，（d）35℃，（e）45℃。

图9.在不同相对湿度水平下，通过静电纺丝含35％（w/v）PVDF溶液的DMF制备样品的横截面SEM图像：（A）5％，（B）25％，（C）45％和（D）65％。

图10.样品2的（A）SEM和（B）TEM显微照片。很明显，BaTiO3纤维嵌入PVDF基质中并沿其纤维轴排列。

图11.纳米复合纤维中钛酸钡（BT）纳米粒子和石墨烯纳米片上β相形成的机理图。

图12.β-PVDF基纳米发电机的制备流程示意图和实验程序的应用。

图13.具有不同纳米粘土含量的PVDF/纳米粘土电纺复合纳米纤维的SEM图像：（a）0.0wt％（纯PVDF）；（b）0.2wt％STN；（c）1.0wt％STN；（d）5.0wt％STN；（e）10.0wt％STN；（f）1.0wt％SWN；（g）10.0wt％SWN。静电纺丝电压为20kV，源到收集器的距离为10cm。比例尺代表2μm。

图14.（a）不同浓度MWCNTs用量的聚偏氟乙烯（PVDF）/多壁碳纳米管（MWCNTs）纳米纤维垫的体积和表面电导率；（b）无应力的PVDF/MWCNTs纳米发电机的示意图；（c）PVDF-3％CNTs和PVDF-5％CNTs纳米发电机在应力下的工作示意图；（d）PVDF-7％CNTs和PVDF-10％CNTs纳米发电机在应力下的工作示意图。

图15.干燥电纺PVDF纤维的FE-SEM显微照片：（a）不含Al（NO3）3·9H2O；（b）含8wt％Al（NO3）3·9H2O；（c）含16wt％Al（NO3）3·9H2O。

图16.压电电纺PVDF膜在不同设备中的应用。

图17.手指按下释放过程产生的光学图像（a）和输出电压（b）。商用电表和15个LEDs，它们由手指按下释放过程中转换的电能驱动（c）。（d）腕部弯曲，（e）手指拍打以及用（f）脚跟和（g）脚趾踩踏等人体运动产生的光学图像和输出电压。

图18.（1）腕式PVDF传感器的结构图；（2）在不同的手部运动过程中测得的传感器响应波形，包括（a）拳头；（b）拇指弯曲；（c）手腕伸展和弯曲；（d）手腕挥舞。

图19.与PVDF纳米纤维（NFs）、PVDF NFs-AgNPs电极的制备以及压电传感器的制造相关的示意图。

图20.流体域的建模和网格划分。

图21.用于手指压力感测的可穿戴传感器：（a）附着在手上的传感器网络图。（b，c）当在传感器网络上施加单压力和双压力时，测得的电容会发生变化。（d）显示传感器在经受动态按压和释放循环时电容的相对变化图。

图22.硅氧烷自充电超级电容器动力电池（SCSPC）的制备步骤示意图。（a）表示在冷HCl溶液存在下，通过CaSi2中钙的拓扑化学脱嵌来制备硅氧烷片，（b）表示静电纺丝硅氧烷/PVDF压电纤维的制备步骤，（c）表示以硅氧烷片材涂覆碳布作为两个对称电极，以浸渍有离子凝胶电解质的电纺硅氧烷-聚偏氟乙烯压电纤维作为隔膜来制备硅氧烷SCSPC器件。

图23.自供电图案化电致变色超级电容器（ESC）的示意图。（a）图案化ESC的制备过程。（b）可穿戴式压电纳米发电机（PENG）的制备过程。（c）逐层格式的自供电图案化ESC的示意图。（d）自供电图案化ESC的等效电路。