Role of suppressed oxygen vacancies in the BiFeO3 nanofiller to improve the polar phase and multifunctional performance of poly(vinylidene fluoride)

文献情報

出版日 2019-02-21
DOI 10.1039/C8CP07281G
インパクトファクター 3.676
著者

Abhishek Sasmal, Shrabanee Sen, P. Sujatha Devi


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要旨

In the present work, we report the enhanced dielectric, ferroelectric, energy storage and energy harvesting performance of a citrate-gel synthesized Bi1−xBaxFeO3 (x = 0, 0.05, 0.10) incorporated poly(vinylidene fluoride) (PVDF) matrix. Doping with aliovalent ions has been shown to improve the multiferroic properties of BiFeO3. Though Ba2+ doping has been expected to introduce more oxygen vacancies, here we found a decrease in oxygen vacancies with increasing Ba2+ up to 10% doping. This suppression of oxygen vacancies through Ba2+ doping in BiFeO3 helped in the formation of the polar PVDF phase in the composite through interfacial interaction. The polar phase fraction (F(EA)) increases to 82.4% for the 7 wt% Bi0.9Ba0.1FeO3 incorporated PVDF film from 38.2% for the neat PVDF. This film also showed the highest energy storage density of 5.4 mJ cm−3 at a 110 kV cm−1 applied field and the highest energy harvesting performance of ∼20 V open circuit output voltage after application of repeated human finger tapping and releasing motion, due to its enhanced piezoelectric property. Here, we also demonstrate the enhanced energy harvesting capability of the said PVDF–Bi0.9Ba0.1FeO3 composite by charging a 10 μF commercial capacitor up to ∼5 V in 270 s, which can comfortably light up about 50 LEDs instantaneously.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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