引言：随着电子技术向自供能系统发展，能量收集技术的重要性日益凸显^[1]。在机械能收集领域，压电材料凭借其高能量转换效率、环境适应性及结构设计优势，展现出巨大潜力^[2,3]。然而，常用的有机压电材料PVDF存在压电响应不足的问题，限制了其应用。为提高PVDF基压电能量收集器（PEHs）的性能，研究者们尝试将PVDF与其他功能材料结合，并采用静电纺丝技术制备纳米纤维膜。这种技术不仅能提高PVDF的结晶度和极性相含量，还能通过添加导电纳米填料如碳纳米管等，进一步增强其压电性能和电荷迁移效率^[4]。

来自武汉理工大学材料科学与工程学院孙华君教授团队在《Sensors and Actuators: A. Physical》期刊发布了题为“Optimized output of piezoelectric energy harvesters with coaxial PVDF/PAN/CNT composite fibers（基于同轴PVDF/PAN/CNT复合纤维的压电能量收集器优化输出”的最新研究成果。该团队通过静电纺丝技术成功制备了具有同轴结构的PVDF/PAN/CNT复合纤维薄膜，并构建了压电能量收集装置。这一成果为提高柔性压电能量收集器的输出性能提供了新思路，为自供能可穿戴电子设备的发展提供了有力支持。
本研究通过静电纺丝技术制备了聚偏氟乙烯（PVDF）和聚丙烯腈（PAN）并掺入碳纳米管（CNTs）的有机压电纳米纤维，形成同轴结构。由于 PVDF 和 PAN 的粘度差异，静电纺丝过程形成了同轴形貌。PAN 和 PVDF 的偶极子与氢键相互作用促进了压电活性相的形成。碳纳米管作为成核剂的引入提高了 PVDF 的 β 相含量，并促进了 PAN 的平面锯齿构象。热压后，所得三元共聚物复合纤维膜用于构建压电能量收集器件（PEHs）。

1. 高电压与功率密度表现

图2：(a) 测量PEHs电输出性能的自制压力系统示意图。 (b) PEHs工作原理的示意图。 (c) 不同CNTs含量的PVDF和P/P/C PEHs在1 Hz频率和5 mm振幅下的输出电压。 (f) 不同CNTs含量的PVDF和P/P/C PEHs在1 Hz频率和5 mm振幅下的输出电流。 (d) P/P/C-0.2 PEH在1 Hz频率下不同振幅的输出电压。 (g) P/P/C-0.2 PEH在1 Hz频率下不同振幅的输出电流。 (e) P/P/C-0.2 PEH在5 mm振幅下不同频率的输出电压。 (h) P/P/C-0.2 PEH在5 mm振幅下不同频率的输出电流

2. 良好的稳定性与高温性能

图3：(a) P/P/C-0.2 PEH在不同负载电阻下1 Hz频率和5 mm振幅的输出电压、输出电流和输出功率密度。 (b) P/P/C-0.2 PEH在不同负载电阻下的输出功率密度。 (c) 电容器充电曲线。 (d) P/P/C-0.2 PEH极性切换测试的测量电压信号。 (e) P/P/C-0.2 PEH在10000次循环内的耐久性测试。 (f) 7000 s到7030 s之间输出电压的放大视图

3.对人体运动机械能的有效捕获

图4：(a) 手腕弯曲产生的输出电压。 (b) 颈部弯曲产生的输出电压。 (c) 肘部弯曲产生的输出电压。 (d) 按压键盘产生的输出电压。 (e) 行走产生的输出电压。 (f) 膝盖弯曲产生的输出电压

文献来源：https://doi.org/10.1016/j.sna.2025.116450
引用来源：
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[2]Y.C. Lal, H.W. Lu, H.M. Wu, et al, Elastle multlfunctional llquld-metal fbers forharvesting mechanlcal and electromagnetic energy and as self-powered sensors[J]Adv.Energy Mater.11(18)(2021)2100411.
[3] Y. 2hang, T, Wang, A. Luo, et al., hilcro electrostatle energy harvester with bothbroad bandwidth and high normalized power denslty[J], Appl. Energy 212 (201 8)362-371.
[4] A. Huang, Y. Zhu, $. Peng, et al, Imprved energy harvesting ablllty of single-layer binary fber nanocomposlte membrane for multlfunctlonal wearable hybndplezoelectrle and trlboelectrlc nanogenerator and self-powered sensors[J], ACSNano 18 (1)(2023)691-702.