编辑推荐：
为解决自供能柔性加速度计灵敏度不足的挑战，研究人员开发基于静电纺 ZnO@PVDF（ZP）的自供能柔性加速度计。ZP-AC 灵敏度达 4.558 V/g（为纯 PVDF-AC 的 12.2 倍），耐久性超 12,000 次循环，构建的无线传感系统成功监测汽车碰撞、车轮旋转等场景，为其设计优化及传感监测应用提供支撑。
在当今智能化浪潮下，加速度传感器作为感知运动与加速度变化的核心器件，已深度融入汽车安全、工业生产、航空航天、智能穿戴等众多领域。它们为各类智能系统提供实时运动状态数据，支撑精准定位、稳定控制与动态监测等关键功能。然而，传统加速度传感器多依赖硅等刚性材料，基于电容、电阻或压电原理制成，虽稳定性和精度出色，但缺乏柔性，难以适配可穿戴设备和柔性电子等新兴场景的需求。
随着柔性材料与纳米技术的飞速发展，柔性传感器的需求日益提升，不仅要求高灵敏度、快响应速度，还需具备柔性和贴合性以适应复杂表面与动态环境。但现有电容式、电阻式柔性加速度计需驱动电压，无法满足物联网技术快速发展对自供能、自适应传感器的迫切需求。在此背景下，基于压电效应的纳米发电机因稳定性佳、受环境温湿度影响小、成本低、轻量化及自供能特性，在柔性加速度传感器研究中备受关注，而如何提升其灵敏度成为关键突破点。
天津科技大学（Tianjin University of Science and Technology）的研究人员针对上述问题，开展了基于氧化锌（ZnO）调控静电纺聚偏氟乙烯（PVDF）的自供能柔性加速度计研究，相关成果发表于《Sensors and Actuators A: Physical》。该研究通过静电纺丝技术制备 ZnO@PVDF 复合纳米纤维膜，系统探究其压电性能，成功开发出高灵敏度、高耐久性的自供能柔性加速度计（ZP-AC），并构建无线传感系统实现多种场景下的加速度监测，为自供能柔性加速度计的设计优化与广泛应用提供了重要支撑。
研究采用的主要关键技术方法包括：通过静电纺丝技术制备 ZnO@PVDF 复合纳米纤维膜，利用该技术的原位力 - 电场协同极化特性增强 PVDF 中电活性 β 相的形成；系统调控 ZnO 纳米颗粒的掺杂量，探究其对复合纤维压电性能的影响；对制备的加速度计进行性能测试，包括灵敏度、耐久性等关键指标的表征；设计基于该加速度计的信号采集电路，构建无线加速度传感系统，并将其应用于汽车碰撞、自行车轮旋转、模拟拳击和羽毛球挥拍等实际场景的加速度监测。
ZnO 掺杂量对加速度计压电性能的影响
研究人员系统研究了 ZnO 掺杂量与加速度计压电性能的关系。结果表明，ZnO 纳米颗粒的引入通过提供成核位点促进 PVDF 中 β 相（具有最优压电性能的晶相）的结晶，并借助 ZnO 与 PVDF 之间的压电协同效应，显著增强了 PVDF 纳米纤维的压电性能。当 ZnO 质量分数为 3% 时，3% ZP 复合纤维中压电活性 β 相含量达到 80.7%，压电系数为 68.8 pC/N，此时加速度计的开路电压（Voc）达到最优，展现出最佳的压电性能。
加速度计与加速度、质量块及频率的响应关系
研究进一步探究了 ZnO@PVDF 自供能加速度计与加速度、质量块和频率的响应关系。结果显示，该加速度计（ZP-AC）的灵敏度高达 4.558 V/g，是纯 PVDF 加速度计（PVDF-AC）的 12.2 倍，相较于已报道的其他基于压电机制的加速度计，灵敏度提升了一个数量级。同时，ZP-AC 表现出卓越的耐久性，可承受 12,000 次循环测试，表明其在长期使用中的稳定性。
无线加速度传感系统的构建与应用
基于上述高性能加速度计，研究人员通过设计采集电路构建了无线加速度传感系统。该系统成功应用于监测汽车碰撞、自行车轮旋转、模拟拳击和羽毛球挥拍等场景的加速度变化，验证了 ZP-AC 在实际传感监测中的实用性和有效性。
综上所述，本研究通过静电纺丝技术制备 ZnO@PVDF 复合纳米纤维膜，明确了 3% ZnO 掺杂量为最优比例，此时复合纤维的 β 相含量和压电系数显著提升，基于此制备的 ZP-AC 灵敏度和耐久性均表现优异。无线传感系统的成功应用进一步证明了该加速度计的实用价值。该研究不仅为自供能柔性加速度计的设计与性能优化提供了重要的理论和实验支撑，还推动了其在传感与监测领域的广泛应用，有望在智能穿戴、运动监测、工业检测等众多领域发挥重要作用。
