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Fused filament fabrication of PVDF films for piezoelectric sensing and energy harvesting applications

Rui Tao, Jiahao Shi, Mohammad Rafiee, Abdolhamid Akbarzadeh et Daniel Therriault

Article de revue (2022)

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Abstract

Fused filament fabrication (FFF) of piezoelectric polymer polyvinylidene fluoride (PVDF) provides a simple manufacturing technique for the fabrication of lead-free piezoelectric devices compared to the traditional manufacturing methods, such as large-scale film extrusion and solution casting. Here, we investigate the effects of the stretching and poling parameters on the enhancement of piezoelectric performance of the printed PVDF films. The stretched and polarized PVDF films with dimensions of 40 × 20 × 0.06 mm (length × width × thickness) possess a piezoelectric charge coefficient (d33) of 7.29 pC N−1 and a fraction of β phase (Fβ) of 65% at a stretching ratio (R) of 4 after being polarized under an electric field of 30 V μm−1. The resulting d33 of the fabricated PVDF films has been substantially enhanced by ∼10–100 times higher than the related reported values of the FFF printed PVDF films. The fabricated PVDF films are capable of detecting compression (d33) and vibration (d31). By blowing four piezoelectric films connected in parallel for 3 min, the energy stored in the capacitor can make a LED blink. Our fabricated piezoelectric PVDF films could be used in the field of pressure sensing, vibration sensing and energy harvesting applications.

Sujet(s): 1700 Conception et fabrication > 1702 Méthodes de fabrication avancées
2000 Science et technologie des matériaux > 2001 Structure, propriétés et essais des matériaux
2000 Science et technologie des matériaux > 2010 Films minces et interfaces
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, Discovery program, Department of National Defence (DND), China Scholarship Council (CSC)
Numéro de subvention: RGPIN-4566-2018, DGDND-2018-00011
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/10437/
Titre de la revue: Materials Advances (vol. 3, no 12)
Maison d'édition: Royal Society of Chemistry
DOI: 10.1039/d2ma00072e
URL officielle: https://doi.org/10.1039/d2ma00072e
Date du dépôt: 23 août 2022 10:06
Dernière modification: 10 avr. 2024 23:23
Citer en APA 7: Tao, R., Shi, J., Rafiee, M., Akbarzadeh, A., & Therriault, D. (2022). Fused filament fabrication of PVDF films for piezoelectric sensing and energy harvesting applications. Materials Advances, 3(12), 4851-4860. https://doi.org/10.1039/d2ma00072e

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