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One-step solvent evaporation-assisted 3D printing of piezoelectric PVDF nanocomposite structures

Sampada Bodkhe, Gabrielle Turcot, Frederick Gosselin et Daniel Therriault

Article de revue (2017)

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Abstract

The development of a 3D printable material system, possessing inherent piezoelectric properties, to fabricate integrable sensors in a single-step printing process without poling is of importance to the creation of a wide variety of smart structures. Here, we study the effect of addition of barium titanate nanoparticles in nucleating piezoelectric β-polymorph in 3D printable polyvinylidene fluoride (PVDF) and fabrication of the layer-by-layer and self-supporting piezoelectric structures at micro to millimeter scale by solvent evaporation-assisted 3D printing at room temperature. The nanocomposite formulation, obtained after a comprehensive investigation of composition and processing techniques, possesses a piezoelectric coefficient, d31, of 18 pC N-1 which is comparable to typical poled and stretched commercial PVDF film sensors. A 3D contact sensor that generates up to 4 V upon gentle finger taps demonstrates the efficacy of the fabrication technique. Our one-step 3D printing of piezoelectric nanocomposites can form ready-to-use complex-shaped, flexible and lightweight piezoelectric devices. When combined with other 3D printable materials, they could serve as stand-alone or embedded sensors in aerospace, biomedicine and robotic applications.

Mots clés

3D printing, barium titanate nanoparticles, piezoelectric, polyvinylidene fluoride, sensors

Sujet(s): 1700 Conception et fabrication > 1702 Méthodes de fabrication avancées
2000 Science et technologie des matériaux > 2007 Matériaux composites
2100 Génie mécanique > 2100 Génie mécanique
Département: Département de génie mécanique
Centre de recherche: CREPEC - Centre de recherche sur les systèmes polymères et composites à haute performance
LM2 - Laboratoire de Mécanique Multi-échelles
Organismes subventionnaires: CRSNG/NSERC, Canada Research Chair
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/10416/
Titre de la revue: ACS Applied Materials & Interfaces (vol. 9, no 24)
Maison d'édition: ACS
DOI: 10.1021/acsami.7b04095
URL officielle: https://doi.org/10.1021/acsami.7b04095
Date du dépôt: 04 août 2022 10:46
Dernière modification: 07 avr. 2024 03:41
Citer en APA 7: Bodkhe, S., Turcot, G., Gosselin, F., & Therriault, D. (2017). One-step solvent evaporation-assisted 3D printing of piezoelectric PVDF nanocomposite structures. ACS Applied Materials & Interfaces, 9(24), 20833-20842. https://doi.org/10.1021/acsami.7b04095

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