柔軟な生体力学的エネルギー収穫者の非移動統合のための圧電ポリマーフィルムの量子ドットハイブリダイゼーション

この作業は、量子ドット（QD）合成から、均一な分散からハイブリッドの製造まで、小さな有機分子ドーパミンを精巧に使用して熱アニーリングまで、低温工学戦略を提示します。柔軟な電極とプラスチック基板に直接統合されたフィルム。この戦略は、直接積層を介した機械的堅牢性と高い電気性能の両方を備えた柔軟な圧電ナノジェネレーター（FPENG）の非輸送アセンブリの鍵です。ドーパミンの合理的な添加は、（1）ZnO粒子のサイズをQDレベル（3.77 nm）に大幅に減少させる（2）ZnO QD/Piezoelectric Polyvinylidene fluoride-Co-Hexafluoplopyleneene-co-hexafluoplopyleneensのZnOレベル（2）形成の複数の役割を果たします。圧電膜の均一なハイブリダイゼーションのための共重合体、および（3）低いアニーリング温度での誘導結晶化を介した圧電相の増加。D33値が高い（〜31.56 PC/N、純粋な圧電ポリマーフィルムよりも30.56％大きい30.56％）、ハイブリッド圧電フィルムのハイブリッド圧電フィルムのためのこのドーパミン支援低温アニーリング戦略は、追加の高電圧偏光治療を必要とせず、実質的に回避する必要はありませんでした。圧電層、柔軟な電極、高温と熱応力によって引き起こされる塑性保護層の間の剥離、歪み、または溶融現象。得られたFPENGは、繰り返しの衝撃と大量のひずみ条件の下で、出力パフォーマンスと機械的堅牢性が大幅に向上したことを示しました。それらの特定の出力電圧と電荷密度は、7.16 Vおよび2.40 NC/CM2で安定して維持されました。これは、それぞれ純粋なピエゾ電気ポリマーフィルムに基づいたFPENGのものよりも30.7および50.0％高かった。さらに、電力電子機器にコンデンサエネルギー貯蔵装置と視覚運動検出システム用の自己搭載センサーに電力を充電するための生体力学的エネルギー収穫機として使用され、ウェアラブルテクノロジーとスマートホームの両方で有望な用途を示しています。

This work presents a low-temperature engineering strategy, from quantum dot (QD) synthesis to fabrication of a hybrid from a homogeneous dispersion to thermal annealing with elaborate use of a small organic molecule dopamine, for achieving a kind of ZnO QD-hybridized piezoelectric polymer film directly integrated into a flexible electrode and a plastic substrate. This strategy is the key for non-transfer assembly of flexible piezoelectric nanogenerators (FPENGs) with both mechanical robustness and high electrical performance via direct lamination. The rational addition of dopamine plays multiple roles of (1) significantly decreasing the size of ZnO particles to a QD level (3.77 nm), (2) formation of a stable and homogeneous dispersion of a ZnO QDs/piezoelectric polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene copolymer for uniform hybridization of a piezoelectric film, and (3) increment of the piezoelectric phase via induced crystallization at a low annealing temperature. This dopamine-assisted low-temperature annealing strategy for a hybrid piezoelectric film with a high d33 value (∼31.56 pC/N, 30.56% larger than that of a pure piezoelectric polymer film) required no additional high-voltage polarization treatment and effectively avoided the delamination, distortion, or melt phenomenon between the piezoelectric layer, flexible electrode, and plastic protective layer caused by the high temperature and thermal stress. The obtained FPENGs showed significantly enhanced output performance and mechanical robustness under repeated impact and large amounts of strain conditions. Their specific output voltage and charge density were stably maintained at 7.16 V and 2.40 nC/cm2, which were 30.7 and 50.0% higher than those of FPENGs based on a pure piezoelectric polymer film, respectively. They were further used as biomechanical energy harvesters for generating electricity to charge capacitor energy storage devices for power electronics and self-powered sensors for visual motion-detecting systems, indicating their promising applications in both wearable technology and smart homes.