压电聚合物薄膜具有自供能、即时响应、无毒性、易加工等特点，在制备自供能便携式柔性电子器件方面独具优势。然而，与压电陶瓷相比，聚合物的低压电性能大大阻碍了它们的实际应用。

一般而言，提高电活性相含量和增加偶极子定向排列程度是实现聚合物高压电性能的关键。在压电性能优异的聚偏氟乙烯及其共聚物的研究中，除引入纳米填料提高β晶含量和偶极子取向之外，还可以通过机械拉伸、超快冷却、静电纺丝等方式提升聚合物的压电性能，但是整体效果均不理想，其关键挑战是无法同时实现定向锯齿构象分子链的大量形成以及分子链中偶极子的极化效果。

本工作通过低温电解质辅助静电纺丝法制备具有优异压电性能的聚偏氟乙烯（PVDF）纤维膜。具体来说，即在液体电解质的辅助下进行纤维收集，一方面通过电场作用、氢键和偶极子-离子相互作用诱导PVDF分子链生成锯齿构象，另一方面通过小分子交换作用快速去除残余溶剂，并在低温下原位快速固定偶极子排列，抑制偶极子松弛引起的去极化。这种方法通过电场、温度场、溶剂交换等多场协同作用，在调节聚合物分子链构象并提升偶极子含量和极化程度的基础上，有效抑制聚合物分子链的松弛过程，减少分子链中偶极子的去极化，一步实现高压电性能聚合物纤维膜的制备。因此，与传统静电纺丝法（铝箔接收纳米纤维）制备的PVDF纤维相比，使用液体电解质辅助静电纺丝法制备的PVDF纤维膜在1 cm²的有效面积上、于1 Hz和20 N的压力作用下可以产生2.3 V的开路电压，压电输出电压提升近8倍。此外，该压电纤维膜能良好地实现机械能-电能转化，在1 Hz和20 N的压力作用下的瞬时输出功率密度为~16.2 mW/m²，可有效实现自供能传感或能量收集应用。这种液体电解质辅助静电纺丝技术可以简便地制备具有不同表面微观结构的高性能压电聚合物纤维膜，利用多场耦合作用控制大分子构象和聚集态结构的策略对其它种类的压电聚合物纤维膜的制备也具有重要的参考意义。

Shan Wang, Chun-Yan Tang, Jin Jia, Xiang-Jun Zha, Jun-Hong Liu, Xing Zhao, Kai Ke*, Yu Wang, Wei Yang*, Liquid Electrolyte Assisted Electrospinning for Boosting Piezoelectricity of Poly (vinylidene fluoride) Fiber Mats, Macromolecules, 2023.

录用时间：2023年8月28日

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01150