High-dielectric TiO2-mediated g-C3N4 Enhanced Self-polarized PVDF Hybridized Film for Highly Sensitive Wearable Triboelectric Pressure Sensors, Chemical Engineering Journal 511,161807(2025)
高介電 TiO₂ 調控 g-C₃N₄ 增強型自發極化 PVDF 複合薄膜應用於高靈敏可穿戴摩擦電壓力感測器。
Yen-Shuo Chiu, Mia Rinawati, Ling-Yu Chang, Sofiannisa Aulia, Ping-Chen Shi, Shu-Chih Haw, Wei-Hsiang Huang, Ni Luh Wulan Septiani, Brian Yuliarto, Min-Hsin Yeh*
2025/08/18
摩擦電奈米發電機（Triboelectric Nanogenerators, TENGs）作為近年新興的能量轉換技術，已推動摩擦電壓力感測器（Triboelectric Pressure Sensors, TES）在高靈敏度與自供電功能上的快速發展。提升此類元件性能的關鍵，在於選擇能充分發揮靜電感應與摩擦起電效應的摩擦電材料。其中，聚偏二氟乙烯（PVDF）因兼具優異的柔韌性與強摩擦負性特性，備受研究關注。然而，原始 PVDF 的多相結構卻限制了其整體摩擦電輸出表現。為突破此瓶頸，本研究開發出一種基於 PVDF 的複合薄膜，摻入經二氧化鈦（TiO₂）修飾的石墨相氮化碳（g-C₃N₄, 簡稱 TiO₂-CN）。將 TiO₂ 納米顆粒引入 g-C₃N₄ 結構，可有效提升其原本偏低的介電常數，並構築出均勻且互連的複合異質結構。透過精準調控 TiO₂ 含量，不僅能防止 g-C₃N₄ 顆粒團聚，還能獲得均質穩定的複合基質，進一步最大化有效自發極化效應。實驗結果顯示，與原始 PVDF 相比，PVDF/TiO₂-CN 製作的 TENG 在摩擦電輸出方面有顯著提升，輸出電壓高出 75 V，可驅動 94 顆 LED 串聯點亮。同時，該複合材料製成的 TES 靈敏度達 1.79 V·kPa⁻¹，較原始 PVDF 的 0.51 V·kPa⁻¹ 提高了三倍。此成果凸顯 PVDF/TiO₂-CN 複合材料在推動新一代自供電可穿戴壓力感測器上的巨大應用潛力。
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