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  近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)程寰宇助理教授、廖亞斌助理教授團(tuán)隊和西北工業(yè)大學(xué)秦衛(wèi)陽教授、于慶民教授團(tuán)隊、浙江工業(yè)大學(xué)吳化平教授團(tuán)隊合作，在《Biosensors and Bioelectronics》期刊上發(fā)表題為“Stretchable piezoelectric energy harvesters and self-powered sensors for wearable and implantable devices”的研究綜述論文。西北工業(yè)大學(xué)與賓夕法尼亞州立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生周紅磊為該論文第一作者，西北工業(yè)大學(xué)于慶民教授和美國賓夕法尼亞州立大學(xué)程寰宇助理教授、廖亞斌助理教授為該論文共同通訊作者。論文獲得了包括中國國家自然科學(xué)基金、美國國家自然科學(xué)基金、賓夕法尼亞州立大學(xué)啟動基金、種子基金和美國化學(xué)學(xué)會研究基金等項目的資助。

  近年來，可穿戴和植入式醫(yī)療電子器件得到了快速的發(fā)展，實現(xiàn)了血壓、血糖、心率等關(guān)鍵生理參數(shù)的實時不間斷測量，這為精準(zhǔn)數(shù)字醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步提供了保障。對于這些醫(yī)療器件而言，除了體積小、重量輕等特點外，器件的可延展性和電能供應(yīng)是使得這些器件成功應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。然而，傳統(tǒng)電池的大體積和有限壽命等是制約用戶體驗、器件性能和長時間持續(xù)工作的主要瓶頸。為此，科研人員在可延展壓電能量收集方面做了大量的研究工作，成功開發(fā)出具有較高壓電系數(shù)的可延展壓電材料；也通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，將可延展結(jié)構(gòu)與具有較高壓電系數(shù)的壓電材料結(jié)合開發(fā)出同時具有優(yōu)異的壓電和可延展性能的能量收集器件，極大的解決了由于傳統(tǒng)電池帶來的困擾和技術(shù)瓶頸。

圖1 基于可延展壓電材料和結(jié)構(gòu)的壓電能量收集和自供電傳感器件，及它們在可穿戴和植入式醫(yī)療電子器件中的應(yīng)用

本文要點

  1、全面總結(jié)了新型可延展壓電材料的最新進(jìn)展，包括有機(jī)壓電聚合物、壓電復(fù)合材料、基于無機(jī)壓電材料的3D壓電泡沫等，比較了各種壓電材料的壓電性能和可延展性能大小。

  2、全面總結(jié)了相關(guān)的可延展結(jié)構(gòu)及最近進(jìn)展，包括薄膜屈曲結(jié)構(gòu)、蛇形導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、剪紙結(jié)構(gòu)和編織結(jié)構(gòu)等，對比了各種結(jié)構(gòu)的可延展性能大小，以及這些可延展結(jié)構(gòu)與壓電材料結(jié)合的相關(guān)應(yīng)用。

  3、綜述了基于可延展壓電材料和可延展結(jié)構(gòu)的壓電能量收集器件和自供電壓電傳感器件的發(fā)展和在可穿戴和可植入式醫(yī)療電子器件中的應(yīng)用。討論了功率管理和器件的生物兼容性等關(guān)鍵問題。

  4、討論了可延展壓電材料和結(jié)構(gòu)及在自供電可穿戴和可植入式醫(yī)療器件中的應(yīng)用所面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。對一些新型的壓電材料（如透明壓電材料）和可延展壓電結(jié)構(gòu)（如3D屈曲結(jié)構(gòu)）在新興醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行了討論和設(shè)想。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112569