研究背景：

柔性压电能量收集器(PEHs)因其可穿戴性、透气性和可持续的自供电而受到广泛关注。然而，现有的薄膜PEH无法识别不同弯曲方向的力，限制了它们在可穿戴电子产品和人工智能中的应用。

鉴于此，四川大学张楚虹教授和刘新刚副教授通过静电纺丝技术制备了高度双向柔性压电纳米纤维，实现了各向异性响应智能传感。相关研究成果以“Electrospinning of Highly Bi-Oriented Flexible Piezoelectric Nanofibers for Anisotropic-Responsive Intelligent Sensing”为题目，发表于期刊《Small Methods》上。

本文要点：

1、研究首次将压电各向异性BaTi₂O₅纳米棒(BT2-nr)引入具有双取向结构的压电聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维中，在静电纺丝过程中BT2-nr均匀排列在PVDF纳米纤维中，构建了织物PEH。

2、双取向特性使柔性PEH具有各向异性，可以灵敏地识别不同弯曲方向(如垂直弯曲、平行弯曲或沿纤维方向扭转45°)的力。

3、同时，含有15 wt.% BT2-nr的复合PVDF/BT2 PEH提供了2 V的最佳压电输出，具有5.22 V N⁻¹的高灵敏度。所研制的各向异性PEH可作为自供电压力传感器用于人体运动的多模态智能生物监测。

静电纺丝法制备PVDF/BT2复合纳米纤维压电薄膜的步骤:

1、PVDF/BT2纳米纤维的制备：采用熔盐合成法制备BT2纳米棒。PVDF颗粒溶解在DMAC和丙酮的溶剂混合物中，形成均匀的溶液。将不同含量的BT2(0、5、10、15、20 wt.%)分散在PVDF溶液中，形成均匀分散的纺丝溶液。

2、静电纺丝：用不锈钢针将纺丝液吸入塑料注射器中。在静电纺丝过程中，对针和集电极施加高直流电压。通过控制滚筒收集器的转速，可以得到随机或排列的PVDF/BT2复合纳米纤维。

3、干燥：将PVDF/BT2纳米纤维在70℃真空烘箱中干燥10小时，去除残留溶剂。

优化的压电能量收集器具有以下潜在应用：

1、自供电压力传感器：该压电能量收集器可用作自供电压力传感器，用于人体运动的多模智能生物监测。它能够敏感地识别不同弯曲方向的力，适用于可穿戴的压电压力传感器。

2、可穿戴生物电子设备：该压电能量收集器可以集成到可穿戴的生物电子设备中，帮助人们评估身体状况并感知周围环境。其可穿戴性、透气性和可持续的自供电特性使其适用于此类应用。

3、人工智能：该压电能量收集器可应用于人工智能领域，用于感知生物机械运动并实现人机交互。它可以监测人体活动，如手指识别、生理运动和语音识别。

总的来说，优化的压电能量收集器为制造具有高电机械转换效率和多功能性的自供电柔性压电能量收集器提供了可行的策略，适用于可穿戴电子产品、人工智能和智能生物监测等各种应用。

图1 双取向复合纤维的制备工艺示意图及形貌表征图像。

图2 晶体相位和介电特性的表征。

图3 压电输出性能分析。

图4 柔性PEH的各向异性论证。

图5 PEH生理监测的感官表现。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202300701