有机铁电材料因其在应力与感应电荷之间呈现线性关系,在能量收集器、智能传感器、精密致动器和微电机等领域具有广阔前景。尤其是聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物,因其柔韧性和可加工性,被认为是现代便携式、可穿戴乃至生物植入电子器件的关键材料。然而,PVDF基薄膜或纤维普遍存在结晶度低、易形成非β相的问题,导致压电系数(d₃₃)较低,机电转换效率不尽如人意。尽管通过构建核壳结构或添加ZnO、钛酸钡、碳纳米管等填料可提升压电性能,但往往带来高成本和稳定性挑战,制约了实际应用。因此,开发兼具成本效益和高性能的有机铁电材料成为当前研究的热点。
针对上述挑战,苏州大学卓明鹏副教授、王作山教授课题组设计了一种由7H-二苯并[c,g]咔唑(DBCz)和7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)自组装形成的有机电荷转移铁电共晶(DT共晶)。该共晶具有非中心对称的Pc空间群,矫顽场低至500 V/cm。通过静电纺丝技术,将DT共晶在PVDF基体中原位自组装,制得了大面积的压电纳米纤维膜,其压电系数约为0.6744 nm/V。基于该纤维膜构建的柔性压电纳米发电机,在200 N外力下可输出60 V的瞬时峰值电压,压力灵敏度为0.306 V/N,并能精准检测手指弯曲、呼吸等生理信号。该工作为有机压电共晶在自供能传感和信息转换领域的应用开辟了新途径。相关论文以“Stretchable Piezoelectric Membrane of Ferroelectric Charge-Transfer Cocrystals for Efficient Energy Harvesting and Self-Powered Wearable Sensors”为题,发表在Advanced Materials上。
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