This work describes the development of flexoelectric devices based on low-cost rubber parts with simple constructions. Flexoelectricity produces fast charging in a phase with rubber strain that can be used in both force sensing and energy harvesting technologies. The force transducer with high effectiveness and accuracy was built using only a flexible non-metal graphite-based electrode sandwiched by two vulcanized rubber parts, displaying a linear relationship between strain gradient and electric response. Also, mechanical-to-electrical energy transduction is benefited from synergy between flexo- and triboelectricity, where an energy harvesting device can be designed as simple as possible, requiring only natural latex to induce charge on an electrode. Moreover, elastomers are expected to play a key role in the next generation of soft electronics and wearable healthcare devices and these results may contribute to the employment of rubbers in many applications that are of great interest in flexoelectric technologies.
REFERENCES
1.
M. M.
Caruso
, D. A.
Davis
, Q.
Shen
, S. A.
Odom
, N. R.
Sottos
, S. R.
White
, and J. S.
Moore
, Chem. Rev.
109
, 5755
(2009
). 2.
A. T.
McPherson
, Rubber Chem. Technol.
36
, 1230
(1963
). 3.
X.
Jiang
, W.
Huang
, and S.
Zhang
, Nano Energy
2
, 1079
(2013
). 4.
V. I.
Merupo
, B.
Guiffard
, R.
Seveno
, M.
Tabellout
, and A.
Kassiba
, J. Appl. Phys.
122
, 144101
(2017
). 5.
M.
Chambers
, R.
Verduzco
, J. T.
Gleeson
, S.
Sprunt
, and A.
Jákli
, J. Mater. Chem.
19
, 7909
(2009
). 6.
S.
Huang
, L.
Qi
, W.
Huang
, L.
Shu
, S.
Zhou
, and X.
Jiang
, J. Adv. Dielectr.
8
, 1830002
(2018
). 7.
L. E.
Cross
, J. Mater. Sci.
41
, 53
(2006
). 8.
P. V.
Yudin
and A. K.
Tagantsev
, Nanotechnology
24
, 432001
(2013
). 9.
P.
Zubko
, G.
Catalan
, and A. K.
Tagantsev
, Annu. Rev. Mater. Res.
43
, 387
(2013
). 10.
C. A.
Mizzi
, A. Y. W.
Lin
, and L. D.
Marks
, Phys. Rev. Lett.
123
, 116103
(2019
). 11.
M.
Sow
, R.
Widenor
, A.
Kumar
, S. W.
Lee
, D. J.
Lacks
, and R. M.
Sankaran
, Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
51
, 2695
(2012
). 12.
Q.
Deng
, M.
Kammoun
, A.
Erturk
, and P.
Sharma
, Int. J. Solids Struct.
51
, 3218
(2014
). 13.
L.
Shu
, R.
Liang
, Z.
Rao
, L.
Fei
, S.
Ke
, and Y.
Wang
, J. Adv. Ceram.
8
, 153
(2019
). 14.
L. J.
Romasanta
, M. A.
Lopez-Manchado
, and R.
Verdejo
, Prog. Polym. Sci.
51
, 188
(2015
). 15.
M.
Fan
and H.
Min
, Materials
13
, 1735
(2020
). 16.
C.
Abels
, V. M.
Mastronardi
, F.
Guido
, T.
Dattoma
, A.
Qualtieri
, W. M.
Megill
, M.
De Vittorio
, and F.
Rizzi
, Sensors.
17
, 1080
(2017
). 17.
P.
Brochu
and Q.
Pei
, Macromol. Rapid Commun.
31
, 10
(2010
). 18.
S.
Zhang
, K.
Liu
, T.
Wu
, M.
Xu
, and S.
Shen
, J. Phys. Chem. C
124
, 24429
(2020
). 19.
C. R.
Piedrahita
, P.
Yue
, J.
Cao
, H.
Lee
, C. P.
Rajapaksha
, C.
Feng
, A.
Jákli
, and T.
Kyu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
12
, 16978
(2020
). 20.
C. P. H.
Rajapaksha
, C.
Feng
, C.
Piedrahita
, J.
Cao
, V.
Kaphle
, B.
Lüssem
, T.
Kyu
, and A.
Jákli
, Macromol. Rapid Commun.
41
, 1900636
(2020
). 21.
J.
Harden
, M.
Chambers
, R.
Verduzco
, P.
Luchette
, J. T.
Gleeson
, S.
Sprunt
, and A.
Jákli
, Appl. Phys. Lett.
96
, 102907
(2010
). 22.
J.
Cao
, C.
Piedrahita
, and T.
Kyu
, Macromol. Mater. Eng.
304
, 1800777
(2019
). 23.
H. M.
Soe
, A. A.
Manaf
, A.
Matsuda
, and M.
Jaafar
, J. Mater. Sci. Mater. Electron.
31
, 11897
(2020
). 24.
A. H.
Rahmati
, S.
Yang
, S.
Bauer
, and P.
Sharma
, Soft Matter
15
, 127
(2019
). 25.
T. D.
Nguyen
, S.
Mao
, Y. W.
Yeh
, P. K.
Purohit
, and M. C.
McAlpine
, Adv. Mater.
25
, 946
(2013
). 26.
S.
Baskaran
, X.
He
, Q.
Chen
, and J. Y.
Fu
, Appl. Phys. Lett.
98
, 242901
(2011
). 27.
X.
Jin
and Z.
Huang
, J. Intell. Mater. Syst. Struct.
28
, 195
(2017
). 28.
T.
Wang
, M.
Farajollahi
, Y. S.
Choi
, I. T.
Lin
, J. E.
Marshall
, N. M.
Thompson
, S.
Kar-Narayan
, J. D. W.
Madden
, and S. K.
Smoukov
, Interface Focus
6
, 20160026
(2016
). 29.
R. E.
Pelrine
, R. D.
Kornbluh
, and J. P.
Joseph
, Sens. Actuators, A
64
, 77
(1998
). 30.
F.
Carpi
, D.
Rossi
, R.
Kornbluh
, R.
Pelrine
, and P.
Sommer-Larsen
, Dielectric Elastomers as Electromechanical Transducers: Fundamentals, Materials, Devices, Models and Applications of an Emerging Electroactive Polymer Technology
(Elsevier
, London
, 2008
).31.
P. L.
Santos
, A. Y.
Campo
, S. D.
Da Silva
, A. T.
Burgo
, and F.
Galembeck
, Colloids Interfaces
2
, 55
(2018
). 32.
L. P.
Santos
, D. S.
da Silva
, B. C.
Batista
, K. S.
Moreira
, T. A. L.
Burgo
, and F.
Galembeck
, Polymer
171
, 173
(2019
). 33.
T. A. L.
Burgo
, B. C.
Batista
, and F.
Galembeck
, ACS Omega
2
, 8940
(2017
). 34.
E. S.
Ferreira
, D. S.
Da Silva
, T. A. L.
Burgo
, B. C.
Batista
, and F.
Galembeck
, Nanoscale
9
, 10219
(2017
). 35.
Z. H.
Zhang
, J. W.
Kan
, X. C.
Yu
, S. Y.
Wang
, J. J.
Ma
, and Z. X.
Cao
, AIP Adv.
6
, 075320
(2016
). 36.
F. R.
Fan
and W.
Wu
, Research
2019
, 7367828
). 37.
S.
Wang
, Y.
Xie
, S.
Niu
, L.
Lin
, and Z. L.
Wang
, Adv. Mater.
26
, 2818
(2014
). 38.
B.
Meng
, W.
Tang
, X.
Zhang
, M.
Han
, W.
Liu
, and H.
Zhang
, Nano Energy
2
, 1101
(2013
). 39.
Z. L.
Wang
, J.
Chen
, and L.
Lin
, Energy Environ. Sci.
8
, 2250
(2015
). 40.
B. K.
Yun
, J. W.
Kim
, H. S.
Kim
, K. W.
Jung
, Y.
Yi
, M. S.
Jeong
, J. H.
Ko
, and J. H.
Jung
, Nano Energy
15
, 523
(2015
). 41.
B.
Dudem
, S. A.
Graham
, R. D. I. G.
Dharmasena
, S. R. P.
Silva
, and J. S.
Yu
, Nano Energy
83
, 105819
(2021
). 42.
Y.
Luo
, T.
Zhao
, Y.
Dai
, Q.
Li
, and H.
Fu
, Sens. Actuators, A
320
, 112585
(2021
). 43.
H. T.
Deng
, X. R.
Zhang
, Z. Y.
Wang
, D. L.
Wen
, Y. Y.
Ba
, B.
Kim
, M.
Di Han
, H. X.
Zhang
, and X. S.
Zhang
, Nano Energy
83
, 105823
(2021
). 44.
G.
Min
, Y.
Xu
, P.
Cochran
, N.
Gadegaard
, D. M.
Mulvihill
, and R.
Dahiya
, Nano Energy
83
, 105829
(2021
). 45.
K. C.
Pradel
and N.
Fukata
, Nano Energy
83
, 105856
(2021
). 46.
Z.
Yi
, D.
Liu
, L.
Zhou
, S.
Li
, Z.
Zhao
, X.
Li
, Z. L.
Wang
, and J.
Wang
, Nano Energy
84
, 105864
(2021
). 47.
W.
He
, X.
Fu
, D.
Zhang
, Q.
Zhang
, K.
Zhuo
, Z.
Yuan
, and R.
Ma
, Nano Energy
84
, 105880
(2021
). 48.
Z.
Yu
, Y.
Wang
, J.
Zheng
, Y.
Xiang
, P.
Zhao
, J.
Cui
, H.
Zhou
, and D.
Li
, Nano Energy
68
, 104382
(2020
). 49.
W.
Ma
, Phys. Scr.
T129
, 180
(2007
). 50.
S.
Huang
, T.
Kim
, D.
Hou
, D.
Cann
, J. L.
Jones
, and X.
Jiang
, Appl. Phys. Lett.
110
, 222904
(2017
). 51.
T. A. L.
Burgo
, C. A.
Rezende
, S.
Bertazzo
, A.
Galembeck
, and F.
Galembeck
, J. Electrostat.
69
, 401
(2011
). 52.
T. A. L.
Burgo
, T. R. D.
Ducati
, K. R.
Francisco
, K. J.
Clinckspoor
, F.
Galembeck
, and S. E.
Galembeck
, Langmuir
28
, 7407
(2012
). 53.
T. A. L.
Burgo
, L. B. S.
Balestrin
, and F.
Galembeck
, Polym. Degrad. Stab.
104
, 11
(2014
). 54.
L. F.
Valadares
, C. A. P.
Leite
, and F.
Galembeck
, Polymer
47
, 672
(2006
). 55.
J. P.
Song
and L. X.
Ma
, Key Eng. Mater.
561
, 158
(2013
). 56.
J.-p.
Song
, K.-y.
Tian
, L.-x.
Ma
, W.
Li
, and S.-c.
Yao
, Int. J. Heat Mass Transf.
137
, 184
(2019
). 57.
J. H.
Kim
and H. Y.
Jeong
, Int. J. Fatigue
27
, 263
(2005
). 58.
J. B.
Le Cam
, B.
Huneau
, and E.
Verron
, Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct.
31
, 1031
(2008
). 59.
B.
Omnès
, S.
Thuillier
, P.
Pilvin
, Y.
Grohens
, and S.
Gillet
, Composites, Part A
39
, 1141
(2008
). 60.
E.
Harea
, S.
Datta
, M.
Stěnička
, and R.
Stoček
, Express Polym. Lett.
13
, 1116
(2019
). 61.
L. P.
Santos
, D.
Soares da Silva
, J. P.
Ferreira Bertacchi
, K. S.
Moreira
, T. A.
Lima Burgo
, B. C.
Batista
, J.
dos Santos
, P.
Alvarenga de Paula
, and F.
Galembeck
, Faraday Discuss.
227
, 105
(2021
). 62.
K. S.
Moreira
, D.
Lermen
, L. P.
dos Santos
, F.
Galembeck
, and T. A. L.
Burgo
, Energy Environ. Sci.
14
, 353
(2021
). 63.
A. W.
Adamson
and A. P.
Gast
, Physical Chemistry of Surfaces
, 6th ed. (John Wiley & Sons
, New York
, 1997
).64.
T. A. L.
Burgo
, C. A.
Silva
, L. B. S.
Balestrin
, and F.
Galembeck
, Sci. Rep.
3
, 2384
(2013
). 65.
T. A. L.
Burgo
and A.
Erdemir
, Angew. Chem., Int. Ed.
53
, 12101
(2014
). 66.
C.
Zhang
, W.
Tang
, C.
Han
, F.
Fan
, and Z. L.
Wang
, Adv. Mater.
26
, 3580
(2014
). 67.
Z. L.
Wang
and A. C.
Wang
, Mater. Today
30
, 34
(2019
). © 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.