基于网格结构PVDF–BaTiO3压电层的混合纳米发电机，采用电液动力喷墨打印技术制备

压电-摩擦电混合纳米发电机采用PVDF-BaTiO3复合材料网格微结构层，通过电液压动态打印优化电压参数，COMSOL建模分析打印行为，实验表明其开路电压达211V（提升62%），功率密度534mW/m²，可驱动72个LED及温度计，为低功耗设备供电提供新方案。

摘要

随着物联网技术的快速发展，本研究提出了一种新型的压电-摩擦电混合纳米发电机（DPBL-TENG），其特点是采用了一种由聚偏二氟乙烯-钛酸钡（PVDF–BaTiO₃）复合材料构成的网格状微尺度线阵列作为压电增强层。该增强层通过电液动力（EHD）喷墨打印技术制备，通过系统优化驱动电压参数提高了沉积质量。在COMSOL Multiphysics软件中建立的多物理场耦合模型用于分析直流和脉冲电压下的喷射行为，从而指导电压的优化设计。单因素实验设计研究了梯形上升时间、峰值电压保持时间、截止电压与峰值电压比值以及脉冲频率对微观结构形成的影响。成功打印出了宽度约为120微米的均匀网格线。性能测试表明，DPBL-TENG的开路电压达到了211伏特，比没有压电层的器件高出62%，比仅具有薄膜层的器件高出12%；其最大功率密度为534毫瓦每平方米（mW m⁻²）。该发电机能够直接为72个商用LED供电，并通过电容储能电路驱动温度计。这项工作为高性能混合纳米发电机提供了一种新型的材料体系和制造方法，为环境监测等应用中低能耗设备的供电提供了有前景的解决方案。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者提出合理请求后获得。