DOI: 10.1002/mame.202000510
压电聚合物是可穿戴电子设备的潜在增能器,因为以其为原料可以开发出适用于多种纺织产品的纱线。本研究旨在了解纱线的线密度(以Tex为单位),每米捻度(TPM),合股以及经纬密度等几何参数对聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物和聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)]共聚物电纺纱线压电电压的影响。纱线是通过对电纺纳米纤维进行加捻合股制备而成的,本工作系统研究了其力学性能和压电性能。评估了共聚物纱线在定向和随机PVDF纤维几何形状中的相对优势。研究表明,可以通过降低Tex,增加TPM、合股数和织物密度来增强机织纳米发电机的压电响应。在本工作中,压电电压约为2.5V。本研究所开发的电纺纱线可用于制备柔性且透气的纳米发电机或传感器。
图1.PVDF的SEM图像:a)定向纳米纤维,b)随机纳米纤维,c)纳米纤维直径的直方图。
图2.具有不同纱线线密度的PNFs,a)在约170mN的冲击力下不同样品的开路电压比较,b)在不同力下PVDF-Tex40样品的开路电压和功率密度,以及c)模拟的织构(插图:实际织物的照片图)。
图3.a)不同捻度的PVDF纱线(40Tex)的应力-应变,b)抗张强度和模量曲线,c)在约170mN的冲击力下,通过改变纱线捻度比较不同样品的开路电压,d)在不同力下PVDF-T3000样品的开路电压和功率密度。
图4.a)在约170mN的冲击力下,通过改变纱线合股数比较不同样品的输出电压,b)在不同力下PVDF-3Ply样品的开路电压和功率密度,以及c)PNFs的照片。
图5.具有不同经纱和纬纱(填充纱)密度的PNFs的输出电压,a)在约170mN的冲击力下,不同样品的开路电压比较,b)在不同力下W20样品的开路电压和功率密度,以及c)模拟的织构。
图6.P(VDF-TrFE)的SEM图像:a)定向纳米纤维,b)随机纳米纤维,c)纱线,d)纳米纤维直径的直方图。
图7.a)P(VDF-TrFE)纳米纤维的FTIR和b)XRD光谱,c)在约170mN的冲击力下,通过改变压电聚合物比较不同样品的开路电压,以及d)在不同力下P(VDF-TrFE)-T3000样品的开路电压和功率密度。功率密度曲线上方的值为力(mN)。
图8.压电纳米织物(PNFs)的制备过程示意图。