Charge-Boosting Strategy for Wearable Nanogenerators Enabled by Integrated Piezoelectric/Conductive Nanofibers

材料科学 纳米纤维 静电纺丝 压电 纳米技术 纳米发生器 导电体 钛酸钡 微电子 光电子学 聚合物 电介质 复合材料
作者
Jing Yan,Yuebin Qin,Mengfei Li,Yixia Zhao,Weimin Kang,Guang Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (49): 55039-55050 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.2c15165
摘要

The surface charge density enhancement by incorporating conductive paths into organic/inorganic piezoelectric composites is considered to be an effective way to achieve high-performance piezoelectric nanogenerators (PENGs). However, it is challenging to boost the charge density of aligned piezoelectric nanofibers due to the difficulty in efficiently building well-distributed conductive paths in their dense structure. In this work, a charge boosting strategy was proposed for enhancing the surface charge density of aligned piezoelectric nanofibers, that is, synchronously preparing piezoelectric/conductive hybrid nanofibers to realize the effective conductive paths for transferring the underlying charges to the surface of the PDMS/BaTiO3 composites. To this end, antimony-doped tin oxide (ATO) conductive nanofibers and barium titanate (BaTiO3) piezoelectric nanofibers with the same preparation conditions were selected and synchronously prepared by the polymer template electrospinning technology, followed by the calcination process. Benefiting from the well-distributed conductive paths for transferring the charges, the open-circuit voltage and short-circuit current of a PENG with 12 wt% ATO in hybrid nanofibers reached 46 V and 14.5 μA (30 kPa pressure), respectively, which were much higher than the pristine BaTiO3-based PENG. The high piezoelectric performance of the developed PENGs guaranteed their great potential applications in powering wearable microelectronics and monitoring human activity. This charge boosting strategy via the piezoelectric/conductive hybrid nanofibers may inspire the further development of high-performance energy harvesting technology.

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