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近日，北京大學董蜀湘教授課題組提出了一種基于機械取向應力場制備壓電聚合物PVDF納米復合材料的新方法，無需傳統(tǒng)的高電壓極化。研究發(fā)現(xiàn)：機械取向應力場可以誘導PVDF共聚物從無序、星狀納米晶，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行颉⒆詷O化的纖維鏈狀納米晶，無需任何高電壓極化，就顯示出同傳統(tǒng)高電壓極化后相當?shù)膲弘娕c機電耦合特性。此外，利用材料3D打印技術(shù)制造了一種7層自供電圓形壓力傳感器，并用于自供電壓力傳感器陣列。在動態(tài)壓縮力作用下，該傳感器顯示出235 mV/kPa的高靈敏度和0.9 mW/cm2的高功率密度，比傳統(tǒng)高電壓極化后的單層PVDF傳感器的力-電靈敏度高了近8倍。最后，3D打印制備了自供電、可實時顯示的發(fā)光觸覺（3×3）傳感器陣列，證實了其實際應用的可行性。

(a) 有序鏈狀納米纖維；(b) 自供電圓形壓力傳感器的輸出電壓與壓強的關(guān)系；(c) 自供電圓形壓力傳感器的功率密度與負載電阻的關(guān)系；(d) （3×3）實時發(fā)光觸覺傳感器陣列示意圖；(e) 按下相應的觸覺傳感器時對應的LED燈亮的照片

可實現(xiàn)機械能和電能之間轉(zhuǎn)換的壓電材料廣泛應用于集成微電子系統(tǒng)中。其中，鋯鈦酸鉛（PZT）基陶瓷以及最新的鈮酸鉀鈉（KNN）基無鉛壓電陶瓷等表現(xiàn)出優(yōu)異的壓電性能，但由于陶瓷的脆性、易碎等不足，在柔性電子器件制備與應用方面遇到許多困難。此外由于壓電陶瓷制備過程中需要較高的溫度，PZT陶瓷也難以集成到硅基微系統(tǒng)中。在這種情況下，有機聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）材料更具吸引力。

該成果發(fā)表在《納米能源》（Nano energy），題目為“A poling-free PVDF nanocomposite via mechanically directional stress field for self-powered pressure sensor application”。該成果第一作者是北京大學材料科學與工程學院博士生袁小婷，合作者包括深圳大學曹艷研究員，董蜀湘教授為該論文通訊作者。