采用溶胶-凝胶法合成了丙胺铅碘C3H7NH3PbI3,并将其加入聚偏氟乙烯(PVDF)中,通过静电纺丝技术制备出纳米纤维。这些纳米纤维具有增强的结晶度,非极性相成功转化为极性相含量。C3H7NH3PbI3的加入也显著提高了纳米纤维的拉伸强度和热稳定性。观察到制造的轻质、柔性、耐用、成本效益高的自供电压电纳米发电机在徒手周期性锤击下产生了60V的开路电压、27.5μA的短路电流和9.81mW/m2的功率。还检测到这种纳米发电机能够清除各种来源机械能的电压生成。该装置具有卓越的机械灵敏度(低作用力区约为6.3V/N,高作用力区为12.12V/N),能量转换效率约42.03%。发电机的柔性和超灵敏度赋予了其作为可穿戴纳米传感器的实用性。此外,纳米发电机的超快电容充电能力确保了其作为纳米触觉传感器的潜力。C3H7NH3PbI3@PVDF复合材料的最佳能带隙和光活性性质证实了其作为光电探测器/二极管的功效。因此,利用这种C3H7NH3PbI3@PVDF复合材料能够设计出一款单独/同时作为机械能和太阳能收集器的多功能装置。

图1.(a)溶胶-凝胶合成PAPbI3的XRD图谱。(a)的插图是PAPbI3的相应数字照片。(b)含不同重量百分比PAPbI3的PVNF和PANF在1600-600cm-1范围内的FTIR光谱。(c)PVDF中电活性相含量随PAPbI3重量百分比的变化。(d)PVNF和PANF(4.76)在3080-2920cm-1范围内的FTIR光谱。(e)-(f)PVNF和PANF(4.76)的去卷积XRD曲线。(e)和(f)的插图分别为PVNF和PANF(4.76)的数码照片。

图2.(a)-(b)PVNF和PANF(4.76)的FESEM图像。PVNF和PANF(4.76)的纤维直径分布如图(a)-(b)的插图所示。(c)-(d)PANF(4.76)的TEM图像和SAED图案。

图3.(a)PANF(4.76)的PL光谱。(a)的插图表示4.76wt%的PAPbI3@PVDF薄膜的PL光谱。(b)PVNF和PANF(4.76)的DSC热成像。(c)通过将PANF(4.76)包裹在手指上展示了其超柔性。(d)电纺PVNF和PANF的应力-应变曲线(4.76)。(e)-(f)PVNF和PANF(4.76)的介电性能和电导率研究。(e)的插图显示了高频区域的εr变化。

图4.(a)设备制造示意图。(b)-(e)PANG和RNG的开路电压和短路电流的变化,及其与徒手锤击时间的函数关系。

图5.PANG的工作机制。

图6.(a)不同作用力下的电压响应图。(a)的插图是该设备在各种作用力下的数码照片。(b)PANG的机械敏感性。(c)-(e)弯曲、扭曲和摩擦PANG时,电压响应随时间的变化。(f)-(g)PANG在超声波振动和电话振动下的灵敏度。超声波振动的数码照片如(f)的插图所示。(h)PANG在脚跟轻压下的电压响应。相应的数码照片显示在各图的插图中。(i)设备制造3个月和6个月后,用手敲击时PANG的反应。

图7.(a)用于点亮LEDs以及为电容器充电的桥式整流器电路设计。(b)-(c)各负载电阻的输出负载电压和输出功率密度图。(b)和(c)的插图为具有不同负载电阻的PANG的电路示意图,发光LEDs显示“JU”。(d)电容器响应与时间的函数关系。(e)-(f)用充电电容器为手表供电。

图8.(a)PAPPEG的分步制备工艺。在PAPPEG中,(b)黑暗和照明条件下电流随电压的变化,(c)黑暗和照明条件下的I-V滞后回线,(d)光电流响应随时间的变化,(e)施加应力时,黑暗和照明条件下的电流响应,插图显示了相应的示意图。
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