Design of lead-free PVDF/CNT/BaTiO <sub>3</sub> piezocomposites for sensing and energy harvesting: the role of polycrystallinity, nanoadditives, and anisotropy
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Lead-free piezoelectric composites with polymeric matrices offer a scalable and eco-friendly solution to sensing and energy harvesting applications. Piezoelectric polymers such as PVDF are particularly interesting because of the possibility to engineer the performance of these materials through addition of higher-performance piezoelectric inclusions and nanomaterials and to scalably manufacture such composites by emerging techniques such as 3D printing. This work makes two contributions, namely towards composite design and towards development of accurate effective property models. In the context of composite design, we evaluate the piezoelectric performance of PVDF modified by the addition of polycrystalline-BaTiO 3 and multiwalled carbon nanotubes. Firstly, the addition of BaTiO 3 dramatically improves the electric field within the composite offering significant advantages specially at low BaTiO 3 concentrations. Secondly, the addition of carbon nanotubes to the matrix, particularly at higher BaTiO 3 loadings, leads to an order of magnitude increase in the piezoelectric flux generation. Further enhancement in the flux generation is also possible by tuning the polycrystallinity of the BaTiO 3 inclusions. However, these behaviours are inclusion-driven and the piezoelectric behaviour of the matrix does not contribute to this improvement. Importantly, a small addition of BaTiO 3 and CNT into the PVDF matrix, away from percolation, can simultaneously improve flux and electric field generation. In this part of the work, we assume an isotropic PVDF matrix. Given that PVDF is elastically anisotropic, the second aspect of this work is the development of an effective property model for CNT-modified PVDF, taking into account the elastic anisotropy of poled PVDF, to predict the elastic coefficients of CNT-modified PVDF matrices, thus undertaking a key step towards modelling anisotropic piezoelectric composites. We show that the anisotropy-based model makes similar predictions in the effective composite behaviour, indicating that in the case of PVDF-based piezocomposites, the anisotropy of the matrix does not significantly affect the piezoresponse.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».