Piezoelectric composites from sandwiched polydimethylsiloxane sponges

材料科学 聚二甲基硅氧烷 压电 复合材料 聚四氟乙烯 弹性体 能量收集 复合数 热稳定性 纳米颗粒 退火(玻璃) 纳米技术 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Hang Hu,Dongsheng Li,Weijun Zhu
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:132 (18)
标识
DOI:10.1063/5.0111435
摘要

A novel elastomer-based composite material with enhanced piezoelectric performances is proposed in this paper, which is composed of the top and bottom polytetrafluoroethylene (PTFE) solid films with the middle PTFE nanoparticle–polydimethylsiloxane (PDMS) sponge layer. To enhance the charge retention capability of elastomers, PTFE nanoparticles are introduced to form PTFE–PDMS interfaces, which can trap charges with longevity. Besides, PTFE solid films take on the role of the charge blocking layers to further improve the piezoelectric performances. As a result, the PTFE–PDMS sandwich structure shows the advantages of remarkable sensitivity (1053 pC/N), high stability, and flexibility. After a 6 h of annealing treatment at the temperature of 100 °C, no significant deterioration of the piezoelectric properties can be observed, which reveals the great thermal stability of the sandwich structure. In addition, the sandwich structure can be immersed in water for 24 h without any loss of piezoelectric activity. Finally, the experiment of lighting one LED by hand pressing successfully demonstrates that the sandwich structure has good applicability in the field of energy harvesting. Considering the excellent electrical and mechanical features, the PTFE–PDMS sandwich structure has promising applications in sensing, energy harvesting, and actuation.

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