Beta-phase transformation of polyvinylidene fluoride with supersonically sprayed ZnSnO3 cuboids for flexible piezoelectric nanogenerators

材料科学 聚偏氟乙烯 压电 复合材料 极化 能量收集 相(物质) 光电子学 铁电性 聚合物 电介质 功率(物理) 量子力学 物理 有机化学 化学
作者
Bhavana Joshi,Taegun Kim,Woojin Lim,Edmund Samuel,Chan-Woo Park,Ali Aldalbahi,Mohamed H. El‐Newehy,Hae‐Seok Lee,Seongpil An,Sam S. Yoon
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:177: 103-113 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.07.063
摘要

Flexible self-powered electromechanical devices, such as piezoelectric nanogenerators (PENGs), which are used in wearable and implantable devices, are emerging as state-of-the-art clean energy sources. In this study, a scalable supersonic spraying technique was used to prepare flexible piezocomposite films of polyvinylidene fluoride (PVDF) and hydrothermally synthesized ZnSnO3 (ZSO) cubes for PENGs. Raman spectra confirmed that the transformation of the α-phase of PVDF to its β-phase was induced by the shear stress generated between the ZSO particles and PVDF polymer during supersonic spraying. The optimized sample comprising 0.43 g of ZSO cubes and 1 g of PVDF produced a maximum piezopotential of 41.5 V and a short-circuit current, Isc, of 52.5 μA. A maximum power density of 50.6 μW cm−2 was obtained at a loading resistance of 0.4 MΩ, which matched the impedance of the PENG. Long-term tapping and bending cycles of Ntap = 4200 and Nbend = 600 yielded piezopotentials of 40.5 and 1.7 V, respectively. In addition, electrical poling for 2 h increased the piezopotential to 52 V owing to the alignment of the ferroelectric dipoles in the PVDF.
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