DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.108795

本文报道了一种定向纤维素纳米纤维（CNF）复合材料，该复合材料具有柔性、透明性以及良好的力学和压电性能。通过静电纺丝CNF-聚乙烯醇（PVA）共混物，然后浇铸CNF悬浮液，制备了定向CNF复合材料。对CNF-PVA共混物进行静电纺丝以形成CNF-PVA纤维垫，通过检测CNF取向来确定最佳CNF-PVA比率和纺丝参数。然后，用CNF悬浮液涂覆电纺CNF-PVA垫，以制备定向CNF复合材料。定向CNF复合材料是透明的（85.3％），并且比纯CNF膜具有更高的取向指数（α=0.54）。此外，该复合材料的力学性能也有所提高。由于CNF对齐，复合材料的压电电荷常数d31为14.5pC/N，是纯CNF膜的两倍以上。将具备这种压电特性的复合材料应用于振动能量收集器（VEH），其输出功率为5.43nW。本文阐述了所有有关压电和力学性能的改善。综上所述，定向CNF复合材料具有柔性、轻质、环保、低成本等多种优点。

图1.通过在电纺CNF-PVA纤维毡上浇铸CNF悬浮液来制备定向CNF复合材料及其在振动能量收集器中的应用。

图2.静电纺丝装置的示意图。

图3.铙钹型振动能量采集器测试装置的示意图。

图4.不同CNF-PVA相对比例的电纺垫：a）1:24，b）1:16，c）1:8。

图5.在优化的静电纺丝参数下制备的电纺丝CNF-PVA纤维毡。

图6.SEM图像：a）纯CNF膜的表面，b）定向CNF复合材料的表面，c）纯CNF薄膜的横截面，d）定向CNF复合材料的横截面。

图7.电纺丝PVA、eCPFM、纯CNF膜和定向CNF复合材料的归一化XRD图。

图8.电纺丝CNF-PVA纤维毡的TEM图像。

图9.2D WAXS图谱：a）eCPFM，b）定向CNF复合材料，c）纯CNF薄膜。d）当2θ=22.5°时，纯CNF薄膜和定向CNF复合材料的归一化强度-方位角图。

图10.纯CNF薄膜和定向CNF复合材料的UV-Vis透射率：透明柔性定向CNF复合材料（插图）。

图11.应力-应变图和电荷/面积-应变图：a）纯CNF膜，b）定向CNF复合材料。

图12.振动能量收集器的输入力、输出电压和电流：a）纯CNF膜，b）定向CNF复合材料。