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  個性化按需診斷和治療的新興領域要求相應電子系統具有生物相容性，機械可變形性和自我維持性。通過可持續途徑有效轉化微弱的環境能量為支持相關應用中的電子設備和傳感器的運行提供了可行的供電方案。摩擦納米發電機（TENG）依靠摩擦起電效應和靜電感應效應的協同作用，可以有效地收集機械能，為電子設備和傳感器供電。由生物相容性材料制成的有效摩擦電裝置的探索已引起人們越來越多的興趣。

  聚乙烯醇（PVA）具有水溶性和生物相容性，是生物醫學應用最廣泛的聚合物之一。純PVA由于其親水性，生物降解性和生物相容性，最近已被用作TENG中的接觸層。然而，純PVA具有相對有限的功能和較高的加工成本。同時，最近的報道結果表明，添加少量分子（包括淀粉，殼聚糖等）可以對所形成的PVA共混物的機械性能和生物降解性進行多方面的調節，從而改善性能并顯著降低成本。然而，關于PVA共混物的分子/離子工程對其摩擦電性能影響的基本理解尚待揭示。此類知識的欠缺阻礙了采用生物相容性材料構造的功能更強大的摩擦電裝置的合理設計和整體工程。

  美國普渡大學武文倬教授和阿克倫大學朱家華教授團隊對通過系統的材料工程和PVA共混物不同結構水平的表征，深入理解了分子/離子填料對PVA共混物的摩擦電性能的影響。選擇三種易獲得的填充劑，即明膠，鹽酸（HCl）/氫氧化鈉（NaOH）和氯化鉀（KCl）/氯化鈉（NaCl），分別研究分子，pH值和離子等因素的影響。更重要的是，它們豐富的官能團/離子可以與PVA分子形成氫鍵或絡合，從而誘發界面極化和離子極化。因此通過增強或調控PVA共混物中極化基團的遷移，設計與TENG輸出直接相關的介電常數。使用具有價格低的，易于使用的填料進行分子/離子工程的已證明策略可調節PVA材料的能量收集性能。經過優化的PVA-明膠共混材料顯示出穩定而強勁的電子輸出性能，以及對諸如人脈搏之類的機械變形的低檢測極限。憑借靈活性和生物相容性等優勢，基于PVA混合物的摩擦發電設備顯示出具有成本效益的人體健康監測潛力，并為設計未來的生物相容性TENG提供了新的策略。

圖1：透明的PVA-明膠薄膜；PVA-明膠制備的TENG器件測量人體脈搏的30 s實時電流輸出，以及其中一個周期的放大展示。

  以上相關成果發表在Advanced Materials (Advanced Materials. 2020, 202002878)上。論文的共同第一作者為普渡大學博士生王若星和阿克倫大學穆立文博士，共同通訊作者為普渡大學武文倬教授和阿克倫大學朱家華教授。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002878