エネルギーハーベスティングのための階層構造多孔質圧電ポリマーナノファイバーの開発

Hierarchically Structured Porous Piezoelectric Polymer Nanofibers for Energy Harvesting.

• Mohammad Mahdi Abolhasani
• Minoo Naebe
• Morteza Hassanpour Amiri
• Kamyar Shirvanimoghaddam
• Saleem Anwar
• Jasper J Michels
• Kamal Asadi

抄録

ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン（P(VDF-TrFE)）溶液中の非溶媒（水）の液-液相分離の熱力学と速度論を精密に制御することで、階層構造を持つ多孔質圧電ポリマーナノファイバーを作製しました。階層化は、繊維の表面のみに細孔を有する繊維、または繊維の内部にのみ細孔を有し、表面が閉じている繊維、またはナノファイバーの体積および表面の両方に均一に分布する細孔を有する繊維を作製することによって達成される。階層的に多孔質なナノファイバーの製造のために、ガイドラインが策定されています。圧電ナノジェネレータの電気出力に対するさまざまな気孔の影響の詳細な実験およびシミュレーション研究が紹介されています。バルク気孔率は構成ナノジェネレータの出力を大幅に増加させるが、表面気孔率は電気的性能を低下させることが示されている。有限要素法によるシミュレーションでは、バルク多孔質ナノファイバーの体積ひずみの増加が性能向上の要因となっています。

Hierarchically porous piezoelectric polymer nanofibers are prepared through precise control over the thermodynamics and kinetics of liquid-liquid phase separation of nonsolvent (water) in poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) solution. Hierarchy is achieved by fabricating fibers with pores only on the surface of the fiber, or pores only inside the fiber with a closed surface, or pores that are homogeneously distributed in both the volume and surface of the nanofiber. For the fabrication of hierarchically porous nanofibers, guidelines are formulated. A detailed experimental and simulation study of the influence of different porosities on the electrical output of piezoelectric nanogenerators is presented. It is shown that bulk porosity significantly increases the power output of the comprising nanogenerator, whereas surface porosity deteriorates electrical performance. Finite element method simulations attribute the better performance to increased volumetric strain in bulk porous nanofibers.

© 2020 The Authors. Published by WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.