Nanogenerators capable of converting energy from mechanical sources to electricity with high effective efficiency using low-cost, nonsemiconducting, organic nanomaterials are attractive for many applications, including energy harvesters. In this work, near-field electrospinning is used to direct-write poly(vinylidene fluoride) (PVDF) nanofibers with in situ mechanical stretch and electrical poling characteristics to produce piezoelectric properties. Under mechanical stretching, nanogenerators have shown repeatable and consistent electrical outputs with energy conversion efficiency an order of magnitude higher than those made of PVDF thin films. The early onset of the nonlinear domain wall motions behavior has been identified as one mechanism responsible for the apparent high piezoelectricity in nanofibers, rendering them potentially advantageous for sensing and actuation applications.

A universal but simple procedure for identifying the α, β and γ phases in PVDF using FTIR is proposed and validated. An integrated quantification methodology for individual β and γ phase in mixed systems is also proposed.

A near-field electrospinning (NFES) process has been developed to deposit solid nanofibers in a direct, continuous, and controllable manner. A tungsten electrode with tip diameter of 25 μm is used to construct nanofibers of 50−500 nm line width on silicon-based collectors while the liquid polymer solution is supplied in a manner analogous to that of a dip pen. The minimum applied bias voltage is 600 V, and minimum electrode-to-collector distance is 500 μm to achieve position controllable deposition. Charged nanofibers can be orderly collected, making NFES a potential tool in direct write nanofabrication for a variety of materials.

Lead halide perovskites hold promise for photonic devices, due to their superior optoelectronic properties. However, their use is limited by poor stability and toxicity. We demonstrate enhanced water and light stability of high-surface-area colloidal perovskite nanocrystals by encapsulation of colloidal CsPbBr3 quantum dots into matched hydrophobic macroscale polymeric matrices. This is achieved by mixing the quantum dots with presynthesized high-molecular-weight polymers. We monitor the photoluminescence quantum yield of the perovskite–polymer nanocomposite films under water-soaking for the first time, finding no change even after >4 months of continuous immersion in water. Furthermore, photostability is greatly enhanced in the macroscale polymer-encapsulated nanocrystal perovskites, which sustain >1010 absorption events per quantum dot prior to photodegradation, a significant threshold for potential device use. Control of the quantum dot shape in these thin-film polymer composite enables color tunability via strong quantum-confinement in nanoplates and significant room temperature polarized emission from perovskite nanowires. Not only does the high-molecular-weight polymer protect the perovskites from the environment but also no escaped lead was detected in water that was in contact with the encapsulated perovskites for months. Our ligand-passivated perovskite-macroscale polymer composites provide a robust platform for diverse photonic applications.

Nanofiber-based piezoelectric energy generators could be scalable power sources applicable in various electrical devices and systems by scavenging mechanical energy from the environment. This review article highlights recent advances in nanofiber nanogenerators, discusses their operation principles and addresses performance issues including energy conversion efficiencies and possible false artifacts during experimental characterizations. Piezoelectric nanogenerators made of PVDF (polyvinylidene fluoride) or PZT (lead zirconate titanate) and fabricated by means of electrospinning processes such as conventional, modified or near-field electrospinning (NFES) are the key focuses of this paper. Material and structural analyses on fabricated nanofibers using tools such as XRD (X-ray diffraction), FTIR (Fourier transform infrared), SHG (second harmonic generation), PFM (piezoresponse force microscopy) and Raman spectroscopy toward the fundamental characterizations of piezoelectric nanofibers are also described. We summarize the report by highlighting recent nanogenerator developments and future prospects including high power nanogenerators, energy storage/regulation systems and fundamentals on piezoelectricity.

The local temperature response inside single living cells upon external chemical and physical stimuli was characterized using quantum dots as nano thermometers. The photoluminescence spectral shifts from endocytosed quantum dots were used to map intracellular heat generation in NIH/3T3 cells following Ca2+ stress and cold shock. The direct observation of inhomogeneous intracellular temperature progression raises interesting new possibilities, including further innovations in nanomaterials for sensing local responses, as well as the concept of subcellular temperature gradient for signaling and regulation in cells.

An insect-scale soft robot has fast relative speed of motion, high load-carrying capability, and exceptional robustness.

The alarming rise of indoor pollution and the need to combat the associated negative effects have promoted increasing attention in modernizing the chemical sensing technologies by newly designed materials with rich and tunable functionalities at atomic or molecular levels. With the appealing physical, chemical, optical, and electronic properties for various potential applications, the state-of-art gas-sensing nanomaterials and their future perspectives are well-documented and summarized in this paper. Specifically, the key performance attributes are addressed in detail such as the sensitivity, selectivity, reversibility, operating temperature, response time, and detection limit. As such, this review provides both critical insights in exploring and understanding various gas sensing nanomaterials and points out limitations and opportunities for further developments, such as morphology control, doping and surface alteration, atomic-scale characterization, and applications in different fields. Finally, the challenges and outlooks are discussed on the basis of the current developments.

A continuous near-field electrospinning (NFES) process has been developed to deposit solid nanofibers with orderly patterns over large areas. Before the onset of electrospinning, a bias voltage is applied to a semispherical shaped polymer droplet outside of a syringe needle, and a probe tip mechanically draws a single fiber from the droplet to initiate continuous NFES. Contrary to the conventional electrospinning process, we show that decreasing electrical field in continuous NFES results in smaller linewidth deposition, and nanofibers can be assembled into controlled complex patterns such as circular shapes and grid arrays on large and flat areas.