DOI: 10.1088/1361-6528/abd57e

采用自行设计的连续静电纺丝沉积系统制备了同轴型压电能量发生器（C-PEG）纳米纤维。将压电PVDF-TrFE纳米纤维作为电活性材料，在9-12kV的放电电压下，以ωg=60-120RPM的角速度电纺到同时旋转和横向移动的铜金属线上。PVDF-TrFE纳米纤维的压电系数d33约为-20pm/V。随着压力（P）从30增加到500kpa时，产生的输出电压（VG）根据关系式exp（-αP）（α=0.41-0.57）增加。当P=100kpa时，十个和二十个C-PEG的VG值分别为3.9V和9.5V，输出电压高于先前报道的值。C-PEG的高VG可归因于以下事实：与传统的二维（2-dim）电容型压电薄膜或纤维器件相比，由于电压收集点数量的增加，C-PEG可以产生相当高的VG。通过浸涂PDMS聚合物溶液，然后以Ag涂覆尼龙纤维作为外电极进行缠绕，制备了C-PEG纱线。当VG=1.97V时，十根C-PEG纱线的电流密度和功率密度分别为22nA/cm2和8.6μW/cm3，高于先前报道的5.54和6μW/cm3。与传统的薄膜/纳米纤维垫类型相比，C-PEG纱线可以产生高电压，有望成为一种非常有用的可穿戴式能量发生器系统。

图1.（a）通过静电纺丝在铜线上连续制备同轴PVDF-TrFE纳米纤维的系统示意图。由22W/V％（b）和28W/V％溶液（c）制备的电纺PVDF-TrFE纳米纤维的平面SEM图像（插图：电纺PVDF-TrFE纳米纤维的X射线衍射）。（d）在铜线上静电纺丝PVDF-TrFE纳米纤维的照片（插图：C-PEG的横截面图像）。（e）电纺PVDF-TrFE在连续旋转和纵向移动的铜丝上的沉积模式示意图。

图2.（a）用推力测试仪测量VG-P特征曲线的示意图。（b）由示波器记录的典型压电输出电压（VG）信号，该信号是由施加到推力测试仪的脉冲压力信号产生的。以ωg=60rpm沉积的C-PEG的二维SEM图像（c），VG-P曲线（d）和logVG-logP图（e）。以ωg=90rpm沉积的C-PEG的二维SEM图像（f），VG-P曲线（g）和logVG-logP图（h）。以ωg=120rpm沉积的C-PEG的二维SEM图像（i），VG-P曲线（j）和logVG-logP图（k）。

图3.（a）以1Hz压力脉冲获得的10个C-PEG的典型VG-P信号随时间的变化。（b）以1Hz压力脉冲获得的20个C-PEG的典型VG-P信号随时间的变化。（c）以4.5Hz压力脉冲获得的10个C-PEG的典型VG-P信号随时间的变化。（d）以4.5Hz压力脉冲获得的20个C-PEG的典型VG-P信号随时间的变化。

图4.与其他PVDF或共聚物纤维膜和/或纳米纤维相比，C-PEG的特征VG-P值。

图5.（a）薄膜C-PEG的横截面SEM图像，（b）（a）中红色方块区域的放大图。（c）C-PEG纱线的二维SEM图像，（d）（c）中红色方块区域的放大图。

图6.（a）单根C-PEG纱线随时间变化的典型VG-P信号。（b）在几种外加压力下，（a）中VG-P信号的放大图。（c）10根C-PEG纱线随时间变化的典型VG-P信号。（b）在几种外加压力下，（a）中VG-P信号的放大图。

图7.（a）缠绕在柔性波纹管中的C-PEG纱线的示意图。（b）柔性波纹管周围不同匝数C-PEG纱线的特征VG-P曲线。