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通过新材料将环境中的能量转换为电能,并利用这种“即时电能”构建功能体系,是开发新材料并应对环境能源危机的新思路。本文利用基于聚偏氟乙烯(PVDF)的柔性压电薄膜材料,设计并构建自供能功能材料体系,将生活环境中的能量转换为“即时电能”,实现了其作为即时电源在力致发光和灵敏检测方面的应用。(1)采用同时增强光热转换和热释电转换的策略,利用聚乙烯亚胺(PEI)改性的氧化石墨烯(rGO-PEI)作为光热层和极化PVDF(β相约91.4%)作为热释电层,设计制备了高性能的光热型-热释电发电材料(rGO-PEI/PVDF)。密度泛函理论(DFT)模拟结果表明,PEI对GO的改性增强了材料的吸光性能(优于普通商业化石墨烯),有利于光热转换;在太阳光震荡频率为25 mHz时,rGO-PEI/PVDF的输出功率高达21.3 mW/m~2,优于先前的报道。进一步,通过对材料进行简单的“可穿戴式”设计,可实现全天候发电及即时供电应用。(2)采用自极化的理念,以硫化锌电致发光粉和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)压电材料作为原料,通过水相分离法,设计制备了一种高效的ZnS/自极化PVDF-HFP自供能发光材料。DFT计算结果和实验证据表明,ZnS颗粒与PVDF-HFP间形成的S-H氢键可以促进PVDF-HFP的自极化过程(β相高达84%)。该自供能材料的发光强度与压力、振动频率、超声功率之间具有良好的线性关系和可调节性,在柔性显示、复杂图案的发光显示、信息防伪等领域具有潜在应用前景。(3)采用压电-介电一体化薄膜的构建策略,并以PEI改性GO为填料(rGO-PEI)和PVDF-HFP为基体,制备了兼具压电与原位保持电能的介电薄膜(rGO-PEI/PVDF-HFP)。通过优化调控填料含量,可制备高性能介电薄膜(rGO-PEI为10 wt%时,介电常数可达121)。该薄膜能将机械形变转换成电能并原位储存(约1 min)。进一步,将功能薄膜与银纳米线耦合,可制备自供能的拉曼增强基底材料。该基底在手指按压下能实现对待测物拉曼信号的双重增强(约10倍),可用于水果蔬菜表面农药残留的原位、现场、快速检测。(4)采用摩擦电-介电一体化薄膜的构建策略,在rGO-PEI/PVDF-HFP高介电薄膜基础上,并结合原位生成金银二元微纳米结构,设计制备了一种基于摩擦电的自供能拉曼增强基底材料。基底在摩擦后发电,并能够将电能原位储存近一分钟,为拉曼检测提供足够的时间。因而,仅需简单的摩擦后,基底能够实现对染料分子拉曼信号的双重增强(约3倍)。通过时域有限差分法(FDTD)和DFT计算发现,拉曼信号双重增强的机理属于物理增强。最后,展示了该基底对处于氧化环境中污染物拉曼信号的检测能力。