一种兼具柔性、透气性和高输出的压电陶瓷复合织物

随着科技的发展，可穿戴电子设备在生物医学等领域的应用越来越广泛，同时，人们对其舒适度和电池续航能力有了更高的要求。传统的压电陶瓷，如锆钛酸铅（PZT），具有很高的压电输出，但是刚度高、脆性大；而PVDF等压电聚合物虽然弹性模量较低，但压电性较弱。因此，将二者的优点结合发展柔性压电材料成为重要研究方向。

在此背景下，香港城市大学的研究团队基于模板辅助的溶胶-凝胶法，研发了一种柔性透气并具有高输出的三级结构压电陶瓷复合织物，其内部独特的多级结构能够有效强化机械性能。

该压电复合织物主体由PZT陶瓷骨架和P（VDF-TrFE）涂层组成，两侧再贴附铜网作为电极。与采用的织物模板类似，相互缠绕的亚毫米级多股陶瓷纤维构成了PZT陶瓷骨架，而组成陶瓷纤维束的微米级PZT纤维则是二级结构。包覆PZT陶瓷骨架的P（VDFTrFE）薄膜为压电复合织物提供了更好的机械性能和压电性能。而内部独特的多级孔隙结构也使该织物具有良好的透气性，透气率高达45.1mm/s。

相比于传统的压电复合材料，在机械性能方面，该压电复合织物具有更高的杨氏模量（0.35GPa）、断裂强度、拉伸率、韧度（0.125MJ/m3）及断裂能。在压电性能方面，该织物能够产生128V的开路电压，足以同时点亮75盏LED。

为了评估该压电复合织物在人体运动监测和能量收集中的潜在应用，研究人员将其作为鞋垫垫于鞋底，从而将人体行走产生的能量转换为电信号。将其用于计步器时，在2min内成功记录了63步，同时将其显示在手机屏幕上；……