作为一种新兴的智能材料类别，新型柔性聚合物基纳米复合压电材料因其独特的压电、铁电和热电性能以及出色的机电转换性能而受到了广泛的研究关注[1,2]。当这些材料受到外部机械应力（如人体运动、机械振动或气流）的作用时，它们会发生变形并产生极化电荷，从而建立内部电场，促进高效的机械能到电能的转换。由于这些材料独特的压电性能，它们在利用散逸能源方面具有巨大潜力，包括机械能转换和收集[[3], [4], [5]]、人体运动能量捕获[[6], [7], [8]]以及环境能量收集[9,10]。
传统的压电材料，如锆钛酸盐铅（PZT）[[11], [12], [13]]、铌酸钠钾（KNN）[[14], [15], [16]]和钛酸钡（BTO）[[17], [18], [19]]，具有高的压电系数和优异的化学稳定性，即使在潮湿环境中也能保持可靠的性能。然而，这些材料固有的脆弱性严重限制了它们在柔性应用中的适用性，特别是在可穿戴电子设备中。柔性聚合物基纳米复合压电材料不仅结合了优异的压电性能，还表现出增强的环境适应性和机械柔韧性，为下一代柔性电子设备铺平了道路。例如，像聚偏二氟乙烯（PVDF）[20,21]这样的压电聚合物[22,23,24]由于其良好的生物相容性、优异的柔韧性、低密度和易于加工的特点，在柔性及可穿戴压电传感器中具有明显优势，尽管其压电性能相对较低。PVDF主要存在α、β、γ、δ和ε四种晶型，这取决于其单体单元的排列方式。其中，β相晶体结构表现出更优的压电响应[25,26]。此外，通过各种处理技术（包括热处理[27]、拉伸极化[28]、高压极化[29]和电纺[30,31]）可以有效提高PVDF中的β相含量。这些方法同时促进了向压电β相的构象转变，并改善了机电性能。
对于柔性聚合物基纳米复合压电材料而言，选择合适的基质材料和功能填料，并结合精心设计的材料结构对于优化性能至关重要。刘等人[32]通过旋涂成功制备了一种具有层状结构的P(VDF-TrFE)/ZnO纳米棒复合薄膜，实现了95.06%的β相含量。然而，旋涂通常适用于小面积生产，且对高粘度复合溶液的适应性较差，这严重限制了其大规模均匀薄膜制造的潜力。为了克服薄膜形成相关的挑战，张等人[33]采用电纺法制备了PBTO/CB/PVDF复合薄膜。该方法使用多巴胺（PDA）作为有效的表面改性剂，显著提高了填料在复合体系中的分散性，抑制了缺陷的形成，并将β相含量提高到了88.05%，从而实现了55 V的输出电压。尽管如此，传统的电纺方法也存在一些局限性，包括薄膜面积小、效率低、难以控制薄膜厚度和纤维直径均匀性以及工艺复杂性。此外，引入高含量纳米填料通常会导致纺丝溶液粘度显著增加，从而导致针头堵塞和纺丝过程不稳定，从而限制了大规模生产。朱等人[34]利用高温固态反应合成了掺杂了Nb2O5和Co3O4的核壳结构，随后将其与PVDF溶液混合形成薄膜。在填料负载量为50 vol%时，该复合材料在104 Hz下的介电常数为70.2。然而，固态反应方法存在一些固有的缺点，包括反应温度高、颗粒尺寸分布宽以及容易发生硬团聚。这些问题导致填料在聚合物基质中的分散性较差，使其成为应力集中点和性能上的薄弱环节。此外，这种方法对核壳结构的形态和均匀性控制有限，可能阻碍填料介电增强效果的充分发挥。李[35]发现，将Nb2O5掺入PZT压电陶瓷中通常会导致Nb5+取代Ti4+或Zr4+等低价离子，从而在晶格中产生带正电的氧空位缺陷。这种改变使得内部电域更容易重新定向，从而在外加电场或应力作用下产生更强的压电响应。因此，这种方法提高了压电常数（d33）和机电耦合系数（kp）。
本研究采用了所描述的掺杂策略，通过一种简单且成本效益高的制造路线合成了无铅的BaTiO3@Nb2O5压电陶瓷。然后，陶瓷表面涂覆了PDA。使用这种PDA涂层的材料作为填料，我们通过溶液浇铸和退火制备了压电复合薄膜，显著提高了薄膜的结晶度并增加了电活性β相的比例。与原始的P(VDF-TrFE)（在100 Hz时的介电常数εr = 14.8）相比，加入BaTiO3–Nb2O5@PDA@MWCNTs后，BNP-MCP的介电常数显著提高（在100 Hz时的介电常数εr = 21.8）。这里开发的柔性压电能量收集器使用BaTiO3@Nb2O5@PDA（BNP）作为分散在P(VDF-TrFE)基质中的填料。在机械弯曲作用下，该设备表现出增强的电响应，实现了7.5 V的输出电压和4.52 μW cm?2的峰值功率密度。该收集器还能从日常刺激（如人手轻拍）产生可检测的电信号，并能感知环境输入和人体运动。值得注意的是，这种基于BNP改性的钛酸钡纳米颗粒的PENG通过环境机械能收集产生麦克斯韦位移电流，支持无线信号传输。我们还实现了一个用于实时降雨监测的无线预警系统。这些结果突显了所提出的核壳结构在推进下一代无线传感技术方面的巨大潜力。
