柔性電子:鐵電材料, 基於P(VDF-TrFE)納米線陣列的壓電,熱電混合納米能量產生器

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壓電效應和熱釋電效應

常用的材料:

  • ZnO,
  • PZT lead ziconate titanate,
  • PMN-PT lead magnesium niobate-lead titanate,
    上邊都是無機的
    下邊應該是有機的吧
  • PVDF及其聚合物 polyvinylidene fluoride or its copolymers

電紡絲工藝能生產P(VDF-TrFE) 但是很複雜且昂貴。

微納米打印工藝: nanoimprinting。
The freestanding nanowire array was synthesized by nanoimprinting via infiltration of P(VDF-TrFE) polymer melt into the anodic aluminum oxide (AAO) nanochannels and subsequent removal of the template

優點:能通過商業中獲取不同大小的納米模板

製備

A, 材料準備
10 wt% 的PVDF溶液,

將P(VDF-TrFE)粉末加入到DMF中,在60攝氏度下攪拌1h。
在Kapton基底上濺射一層Au(使用explorer multi-target sputtering system (Denton Vacuum)),之後在丙酮,酒精,去離子水中清洗,之後乾燥。

將溶液spin-coating到Au-Kapton基底上,500r/min 60s

之後再120攝氏度下乾燥2h取出DMF溶液。

商用的AAO納米多孔模板, 400nm孔徑,5um孔長

最後導電聚合物PEDOT:PSS 1wt%, 做上表面電極

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B, 材料製備

先將P(VDF-TrFE) 旋塗到基底上 4-5um,之後蒸發溶劑DMF。
將AAO模板輕壓到P(VDF-TrFE)薄膜上,在170攝氏度下維持1h,比P(VDF-TrFE)的熔點稍微高一點。

之後再120度下退火1h得到結晶體,之後緩慢冷卻到室溫。
最後將AAO溶解掉:

  1. 在2mol/L的CuCl2水溶液和 36wt%的HCl溶液混合溶液下,兩者體積比爲(2:1), Al的厚度~200um,在5-6min後可完全去除。
  2. 在4mol/L的NaOH溶液中 30-40min中溶解氧化鋁

之後在納米微陣列上 spin-coater 1000r/min 一層PPMA 防止短路

spinning 一層導電PEDOT:PSS,增加50MV/m的電壓來沿垂直方向極化

結構:

  • Au/Kapton, which acts as the bottom electrode,
  • P(VDF-TrFE) nanowire array as the piezoelectric
  • pyroelectric material and PEDOT: PSS conducting polymer as the top electrode, as shown in Fig. 1(e).
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