微流体中PVDF纳米纤维的压电能量收集特性与应用探索

"该文研究了PVDF纳米纤维在微流体环境中的压电能量收集特性，通过静电纺丝技术制备高长径比的PVDF压电纳米纤维，并通过调控前驱液浓度来控制压电β相的含量，以优化其能量转换效率。实验结果显示，当前驱液浓度为0.13 g/mL时，β相含量最高，能产生约1.6 V的脉冲电输出。将这些纳米纤维集成到微流控芯片中，能有效捕获液滴流动产生的机械能，实现约0.2 V的动态压电输出，为微流控传感系统提供自供电的可能性。" 本文主要探讨了在无线传感和物联网领域中，解决供电系统问题的新途径——压电纳米材料的能量收集技术。传统的供电系统由于尺寸大、寿命短、频繁充电等限制，已经无法满足现代微电子设备的需求。而压电纳米材料，特别是聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维，因其高效的机械能转化为电能的能力，成为构建自供电无线传感系统的一种潜在解决方案。 静电纺丝是一种制造纳米纤维的有效方法，通过调整静电纺丝过程中的前驱体溶液浓度，可以控制PVDF纳米纤维的压电β相含量。实验发现，随着前驱液浓度的增加，β相含量起初增加，当浓度达到0.13 g/mL时达到峰值，此时纳米纤维的压电性能最佳。进一步增加浓度会导致β相含量下降，从而影响纤维的压电性能。 利用这种优化的PVDF纳米纤维，可以设计出能量收集器件，该器件在外力作用下能够产生大约1.6伏特的脉冲电压，显示出良好的压电发电性能。此外，当将这些纳米纤维集成到微流控芯片上，它们能够捕获液滴流动产生的机械能，产生约0.2伏特的峰值电压，实现了在液相环境中的动态压电输出。 这项研究的创新之处在于将压电纳米纤维与微流控技术相结合，开辟了新的能源收集途径，特别是在微流控传感系统中。这种自供电方案不仅解决了传统供电系统的局限性，还为微流控系统的长期稳定运行提供了可能，对于未来物联网和无线传感器网络的发展具有重要意义。研究结果为微流体环境中的能量采集提供了新的思路，有望推动压电纳米纤维在相关领域的广泛应用。