Improved Energy Harvesting Ability of Single-Layer Binary Fiber Nanocomposite Membrane for Multifunctional Wearable Hybrid Piezoelectric and Triboelectric Nanogenerator and Self-Powered Sensors

纳米发生器 摩擦电效应 材料科学 压电 静电纺丝 聚偏氟乙烯 纳米纤维 纳米复合材料 纤维 碳纳米管 纳米技术 电压 能量收集 复合材料 光电子学 聚合物 电气工程 功率(物理) 物理 工程类 量子力学 生物 遗传学
作者
An Huang,Yiwei Zhu,Shuqiang Peng,Bin Tan,Xiangfang Peng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (1): 691-702 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c09043
摘要

While wearable self-powered electronic devices have shown promising improvements, substantial challenges persist in enhancing their electrical output and structural performance. In this work, a working mechanism involving simultaneous piezoelectric and triboelectric conversion within a monolayer-structured membrane is proposed. Single-layer binary fiber nanocomposite membranes (SBFNMs) (PVDF/CNTX@PAN/CNTX, DPCPCX) with two distinct interpenetrating nanocomposite fibers were created through co-electrospinning, incorporating multiwalled carbon nanotubes (CNTs) into polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyacrylonitrile (PAN), respectively. The resulting membrane demonstrated an exceptional synergistic effect of piezoelectricity and triboelectricity along with a high machine-to-electric conversion capability. The addition of CNTs increased the PVDF β-phase and the PAN planar zigzag conformation. As a result, the DPCPC0.5-SBFNMs-based piezoelectric nanogenerator exhibited excellent electrical output (187 V, 8.0 μA, and 1.52 W m–2), maintaining an exceptionally high level of output voltage compared with other piezoelectric nanogenerators. It successfully illuminated 50 commercial light-emitting diodes simultaneously. The output voltage of DPCPC0.5-SBFNMs was 5.1 and 4.6 times higher than that of PAN or PVDF single-fiber membranes, respectively. Furthermore, the peak voltage of DPCPC0.5-SBFNMs exceeded that of co-electrospinning PVDF/CNT1.0@PAN (DPCP1.0) and PVDF@PAN/CNT1.0 (DPPC1.0) by 20 and 10 V, respectively. The piezoelectric sensor made of DPCPC0.5-SBFNMs accurately sensed human movement, ranging from tiny to large, and demonstrated utility as an alarm in medical treatment, fire fighting, and monitoring. Endogenous triboelectricity is proposed in SBFNM piezoelectric materials, enhancing electromechanical conversion and electrical output capacity, thereby promising a wide application potential in self-powered wearable electronic devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
花花发布了新的文献求助10
1秒前
清秀LL完成签到 ,获得积分10
2秒前
疏木51发布了新的文献求助10
2秒前
szc完成签到 ,获得积分10
2秒前
落寞映易完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
4秒前
4秒前
4秒前
小蘑菇应助拖拉机采纳,获得10
6秒前
搜集达人应助拖拉机采纳,获得30
6秒前
顾矜应助拖拉机采纳,获得10
6秒前
李爱国应助拖拉机采纳,获得30
6秒前
哇达西哇发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
多开心奶粉给多开心奶粉的求助进行了留言
7秒前
8秒前
二傻完成签到 ,获得积分10
8秒前
12发布了新的文献求助10
9秒前
sun发布了新的文献求助10
9秒前
5165asd发布了新的文献求助10
10秒前
高高完成签到,获得积分10
10秒前
薰硝壤应助太渊采纳,获得10
11秒前
小鱼完成签到,获得积分20
11秒前
哇达西哇完成签到,获得积分10
12秒前
安苗发布了新的文献求助10
12秒前
13秒前
薇薇关注了科研通微信公众号
13秒前
orixero应助赵小熊采纳,获得10
13秒前
13秒前
李健应助神勇砖家采纳,获得10
14秒前
14秒前
谦让的水瑶完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
14秒前
搜集达人应助乌冬面采纳,获得30
15秒前
15秒前
labman发布了新的文献求助10
16秒前
wlei发布了新的文献求助10
16秒前
领导范儿应助罗小宾采纳,获得10
16秒前
高分求助中
Tracking and Data Fusion: A Handbook of Algorithms 1000
Models of Teaching(The 10th Edition,第10版!)《教学模式》(第10版!) 800
La décision juridictionnelle 800
Rechtsphilosophie und Rechtstheorie 800
Full waveform acoustic data processing 500
Academic entitlement: Adapting the equity preference questionnaire for a university setting 500
化工名词(十)化工系统工程与化工信息化 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 免疫学 细胞生物学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2879022
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2492616
关于积分的说明 6748470
捐赠科研通 2173751
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1155195
版权声明 586104
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 566971