超高力/热响应灵敏度的PEDOT:PSS/P(VDF-TrFE)复合膜

以下文章来源于高分子科学前沿 ，作者高分子科学前沿

铁电聚合物由于其化学稳定性、柔韧性、生物相容性等在传感器、致动器和能量采集等领域有广泛应用。然而其低压电系数、热释电系数限制了铁电聚合物的进一步应用范围。因此，制备出高压电系数和热释电系数的成为关键。南方科技大学材料系李波副研究员团队提出了通过界面工程提升铁电聚合物灵敏度的技术路线。

他们以聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐 (PEDOT:PSS)为传感器电极，利用二甲基亚砜(DMSO)等通过扩散在P(VDF-TrFE)和PEDOT:PSS间形成互连界面结构(NII)，该NII结构可增强复合膜的电荷收集能力并改善电极与聚合物的界面结合性。所制备的PEDOT:PSS/ P(VDF-TrFE)复合膜压电系数(d33)高达-86 pC N−1，热释电系数(p)高达95 μC m−2 K−1。同时该P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合薄膜表现出超高灵敏度力/热传感特性。在0.025-100 kPa的压力范围内传感灵敏度达2.2 V kPa-1的灵敏度，在0.05-10 K的温度范围内传感灵敏度为6.4 V K-1。该复合膜在可用于语音识别，人体健康监控等方面。

图1. P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合膜结构。(a) 无NII结构P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合薄膜；(b-c) P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS中NII形成结构示意图；(d-e) NII界面元素分布图；(g-i) 不同电极材料P(VDF-TrFE)的压电系数及热释电系数。

图2. (a-b) 不同NII厚度比下复合薄膜的压电系数和热释电系数；(c) 复合薄膜的电容变化；(e) 复合膜的压电系数与NII厚度的关系；(e) 复合膜的压电系数随DMSO体积分数的变化；(f) 不同溶液制备的复合膜的压电系数比较。

图3. (a-c) P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合膜力响应特性；(d-f) P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合膜热响应特性；(g-h) 力和热传感灵敏度对比；(i) 复合膜的压电和热释电响应的稳定性。

图4. P(VDF-TrFE)/PEDOT:PSS复合膜用于(a-b) 脉搏监控；(c) 语音识别

参考文献

Li, B., Cai, C., Liu, Y. et al. Ultrasensitive mechanical/thermal response of a P(VDF-TrFE) sensor with a tailored network interconnection interface. Nat Commun 14, 4000 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39476-4

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