乙二醇辅助高固含量PVDF/BaTiO3复合材料的直写成型技术及其压电性能增强机制研究

来自国内的研究人员通过乙二醇（EG）辅助策略，开发了可直写成型（DIW）的超高BTO含量（70 wt%）PVDF/BaTiO3复合压电材料。分子动力学模拟揭示EG与PVDF链形成氢键，调控浆料流变性并促进陶瓷颗粒分散。该材料使β相含量达66.61%，输出电压达38.6 V，成功驱动12个LED并实现电容快速充电，为柔性能量收集装置提供新方案。

　　

直写成型技术（Direct Ink Writing, DIW）为复杂柔性压电器件的制备提供了新途径。然而纯聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF）虽具备优异电活性和机械柔性，却因流变性不适于DIW打印。本研究报道了一种乙二醇（ethylene glycol, EG）辅助制备超高钛酸钡（BaTiO₃, BTO）含量（70 wt%）PVDF/BTO复合材料的DIW策略。分子动力学模拟表明，EG分子与PVDF链形成氢键，不仅促进溶蚀和陶瓷颗粒分散，同时调控浆料流变行为。系统研究了BTO含量对墨水流变性、复合材料结晶行为及压电输出的影响。BTO纳米粒子作为高效异相成核剂，显著促进电活性β相形成（相对含量达66.61%），使打印复合材料实现38.6 V的开路电压和750 nA的短路电流。值得注意的是，含70 wt% BTO的样品可在300秒内将1 μF电容器充电至4.5 V，并成功点亮12个商用发光二极管，展现出其在先进能量收集应用中的巨大潜力。