三维互联多孔聚合物的超高挠曲电效应：建模与验证

橡胶、塑料、陶瓷甚至半导体等非导电材料具有挠曲电特性，即它们在弯曲和扭曲时能产生电能。然而，不规则形状或特殊载荷一直是实现挠曲电的必要条件，且固体挠曲电的重量和变形比特定输出有限。在这项工作中，我们建立了三维互联多孔材料挠曲电的理论模型。与固体材料相比，多孔材料由于其复杂的微结构可在任意加载形式下表现出挠曲电，且重量和变形比特定挠曲电输出远高于固体。然后，我们通过测量聚二甲基硅氧烷（PDMS）和多孔聚偏氟乙烯（PVDF）的挠曲电响应来验证该模型。具有三维微米级互联结构的多孔 PDMS 表现出比固体截锥 PDMS 高两个数量级的重量和变形比特定挠曲电输出。发现挠曲电信号与施加的应变、微结构尺寸和频率呈线性比例。最后，我们将该理论应用于更实用的弯曲传感器，并展示了其稳定功能和准确响应。我们的模型可应用于其他多孔材料，结果突出了具有显著挠曲电效应的多孔微结构材料作为轻质材料在机械传感、驱动、能量收集和生物仿生领域的新潜力。