Bio-filler-Interfaced Electrospun PVDF-Nanomultiferroic Hybrid Nanogenerator for Energy Harvesting and Sensing Applications

Générateur hybride PVDF-nanomultiferroïque électrofilé à interface bio-charge pour applications de capteur et récupération d'énergie Les exigences actuelles en matière d'appareils efficaces, respectueux de l'environnement et autonomes ont entraîné un intérêt croissant pour les matériaux électroactifs. La capacité de ces matériaux à réagir électriquement à des sources d'énergie omniprésentes, telles que les vibrations mécaniques, les rend particulièrement adaptés à la récupération d'énergie durable. Le polyfluorure de vinylidène (PVDF), un polymère semi-cristallin doté d'excellentes propriétés électroactives, de flexibilité, de résistance mécanique élevée, de stabilité thermique et de biocompatibilité, est apparu comme un candidat prometteur pour le développement de récupérateurs d'énergie et/ou de nanogénérateurs modernes. Les propriétés électroactives et, par conséquent, les capacités de récupération et de détection d'énergie du PVDF proviennent des caractéristiques distinctes de ses phases polaires, en particulier de la phase β. L'électrofilage est l'une des méthodes les plus efficaces pour fabriquer des échantillons PVDF avec une fraction élevée de phase β. De plus, l'ajout de nanocharges peut influencer de manière significative la cristallisation du PVDF, entraînant des changements dans son taux de cristallinité et de sa fraction de phase β. Outre l'amélioration des propriétés diélectriques, piézoélectriques et triboélectriques, les nanocharges peuvent également améliorer la résistance mécanique et la stabilité thermique du PVDF. Dans ce contexte, ce travail de recherche explore le PVDF électrofilé renforcé par des nanocristaux de cellulose (CNC) et de la ferrite de bismuth (BFO) pour développer une membrane nanocomposite bi-charge pour nanogénérateurs avec des capacités de récupération d'énergie et une densité de puissance supérieures, une réponse stable et une meilleure durée de vie. L'influence synergique de l'électrofilage et des charges sur la cristallinité et la formation de phase β est étudiée en détail à l'aide de techniques comparatives, notamment la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la diffusion des rayons X aux grands angles (WAXS), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la spectroscopie Raman. De plus, la morphologie des nanofibres, leurs propriétés diélectriques, ferroélectriques et mécaniques sont caractérisées à l'aide de la microscopie électronique, de la spectroscopie diélectrique à large bande (BDS), des études d'hystérésis de polarisation-champ électrique et d'un essai de traction. Enfin, le potentiel réel des nanocomposites PVDF-CNC-BFO pour la récupération et la détection d'énergie mécanique est démontré par la fabrication de nanogénérateurs hybrides piézoélectriques et piézo-triboélectriques.