柔性压电纳米发电机具有高功率输出和卓越的机械稳定性，能够响应人类的微小动作，这对于便携式电源和智能传感器的开发至关重要。

近期，华中科技大学王云明教授&广西医科大学郑立研究员等通过湿法静电纺丝构建了一种具有仿生细胞质基质结构和可控超弹性的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维气凝胶，用于自供电传感。PVDF基气凝胶表现出显著的回弹性，在50%应变下的压缩应力高达2MPa。三维多孔结构和高比表面积赋予了气凝胶优异的电学性能。相应的PVPU-NG器件具有156V和34.9μA的最佳输出，功率密度为5.5W/m²，可点亮50个发光二极管。此外，这种PVPU-NG可以对人类的微小动作做出响应，并将机械能转化为电能，为微型电子设备供电。具体而言，PVPU-NG在肘部弯曲和行走时可分别产生约1.8V和31V的峰间电压。因此，这种基于PVDF的纳米纤维气凝胶表现出高抗压强度和更好的压力灵敏度，在可穿戴电子设备和便携式电源中显示出广阔的应用前景。

图1.（a）P-P-P气凝胶的结构和主要应用示意图。（b）P-P-P气凝胶（PVDF、纳米纤维和PU的浓度分别为16%、2%和2%）在50%应变下进行10次压缩-释放循环的压缩曲线。（c）不同PVDF浓度的PVPU-NGs的压电电压。（d）PVPU-NG在运行状态下的输出电压（图示为PVPU-NG作为电源点亮的LED）。

图2.（a）不同PVDF浓度的P-P-P气凝胶表面的SEM图像。（b）不同PU浓度的P-P-P气凝胶表面的SEM图像。（c）PVP粉末、PVDF粉末和P-P-P气凝胶的FTIR曲线。（d）PVDF粉末、P-P-P薄膜和P-P-P气凝胶的XRD曲线。（e）P-P-P气凝胶和（f）PVDF粉末的XRD峰拟合光谱。

图3.（a）PVPU-NG设备的结构和机理图。具有不同（b）PVDF浓度、（c）纳米纤维分散体浓度和（d）PU浓度的PVPU-NGs的输出电压。（e）PVPU-NGs在不同测试频率下的压电响应。（f）PVPU-NGs在不同功率水平下的压电响应。（g）反向连接的输出电压。（h）PVPU-NGs在长期循环下的耐久性测试。（i）放置数月后基于P-P-P气凝胶的PVPU-NG的输出电压。

图4.（a）PVPU-NG的输出电流。（b）PVPU-NG在不同外部负载电阻下的电压和电流。（c）不同外部负载下的负载功率密度（图示为PVPU-NG作为电源点亮的LED）。（d）在手指触摸下，（e）在行走状态下，以及（f）在肘部触碰下PVPU-NG的输出电压。

该工作以“A shape-adaptable and highly resilient aerogel assembled by poly(vinylidene fluoride) nanofibers for self-powered sensing”为题发表在《Nano Energy》（DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108820）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108820