压电

肌肉活动的测量对于肌肉健康监测、生物力学研究、假肢研制等具有重要意义。本文描述了一种柔性压电复合材料作为测量肌肉活动的传感元件。所研制的压电材料是聚二甲基硅氧烷和氧化锌的复合材料，以单层和双层构型存在。为了测试弯曲模式下的压电性能，在悬臂梁装置上附加了一个复合贴片。当ZnO质量分数为30 %时，复合材料由于振动悬臂梁产生的峰值正弦电压最高( 1.5 V )。在轴向测试中，ZnO含量为30 wt %的复合材料单层结构在冲击载荷作用下的输出电压峰值最大( 0.9 V )。由双层复合贴片组成的传感器被包裹在特定的肌肉上以测量其活性。测量传感器输出电压的变化以增加负载，然后映射到用硬度计测量的肌肉弹性模量的相应值。肱二头肌和卡皮屈肌活动测量的灵敏度分别为3.826和1.245 V MPa-1。

六方氮化硼纳米片( BNNSs )是二维( 2D )材料之一，由于其独特的性能，在纳米电子学等领域得到了广泛的应用。这里利用BNNSs研制高性能的压电/摩擦电纳米发电机( PTEG )。在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中加入少量质量分数的BNNS，形成复合材料，可产生d 33 ~ 12   pC / N的高达~ 5.4   V的压电电压。由BNNS- PDMS和聚酰胺-6 ( PA6 )膜( 20×20 mm2 )组成的PTEG，电流密度为~ 230   mA   m-2，输出电压为~ 1870   V，最大功率密度为~ 103.7   W m-2，比对照PDMS / PA6纳米发电机提高了3倍以上。BNNS- PDMS膜的电极化可以进一步增强PTEGs的输出。详细的研究表明，BNNSs压电效应的协同作用和BNNS- PDMS膜的电子亲和力的提高，使得BNNS基PTEGs具有优异的性能潜力。

六方氮化硼纳米片( BNNSs )是二维( 2D )材料之一，由于其独特的性能，在纳米电子学等领域得到了广泛的应用。本文利用BNNSs研制了一种高性能的压电/摩擦电纳米发电机( PTEG )。将质量分数为几十%的BNNSs掺入聚二甲基硅氧烷( PDMS )中，形成复合材料，可在d33 ~ 12 pC / N下产生~ 5.4 V的压电电压。由BNNS- PDMS和聚酰胺-6 ( PA6 )膜( 20×20mm2 )组成的PTEG的电流密度为~ 230 mA m-2，输出电压为~ 1870 V，最大功率密度为~ 103.7 Wm-2，是PDMS / PA6纳米发电机的3倍多。BNNS- PDMS膜的电极化可以进一步增强PTEGs的输出。详细的研究表明，BNNSs压电效应的协同作用和BNNS- PDMS膜的电子亲和力的提高，使得BNNS基PTEGs具有优异的性能潜力。

摘要\n物联网( IoT )因其多样的应用和市场潜力而日益普及。他们更多地被推到偏远的地点，开发人员寻找永远的电源。振动能量采集器( EH )能够缓解供电问题。采用氧化锌( ZnO )、聚二甲基硅氧烷( PDMS )和银( Ag )。但观察到薄膜晶粒尺寸有很大影响，即大晶粒薄膜优于小晶粒薄膜。本文分析了影响参数并进行了相关实证研究。采用扫描电子显微镜( SEM )、X射线衍射( XRD )、电学表征等方法进行了深入分析。观察到本工作实现了46.92µWpeak / 15.03µWrms功率。

压电纳米发电机( NGs )由氧化锌纳米棒( ZNRs )组成，聚二甲基硅氧烷( PDMS )层在铟锡氧化物( ITO )涂层基底上制备，用于能量收集系统。通过优化的水溶液法形成种子层，极大地帮助NGs生长取向良好的ZNRs。加入聚乙烯亚胺( PEI )可提高ZNRs的长径比，达到24∶1，表现出NGs最佳的能量收集性能。ZNRs上PDMS层的形成增加了顶层Ag电极的功函数差。PDMS层的厚度优化为80μm，表现出最大的功函数差异，导致电荷密度的增强。由最高长径比为24：1的ZNRs和80μm厚的PDMS层构成的压电NGs获得了最高的电流密度2270.1nA / cm2，足以驱动低功耗电子。

压电纳米发电机( NGs )由氧化锌纳米棒( ZNRs )组成，聚二甲基硅氧烷( PDMS )层在铟锡氧化物( ITO )涂层基底上制备，用于能量收集系统。通过优化的水溶液法形成种子层，极大地帮助NGs生长取向良好的ZNRs。加入聚乙烯亚胺( PEI )可提高ZNRs的长径比，达到24∶1，表现出NGs最佳的能量收集性能。ZNRs上PDMS层的形成增加了顶层Ag电极的功函数差。PDMS层的厚度优化为80μm，表现出最大的功函数差异，导致电荷密度的增强。由最高长径比为24：1的ZNRs和80μm厚的PDMS层构成的压电NGs获得了最高的电流密度2270.1nA / cm2，足以驱动低功耗电子。

能量收集器( EH )技术已迅速发展，以替代生物力学电子的电池，但在实现柔性和生物相容性能量收集器方面，仍需努力缩小技术差距。目前基于ZnO纳米阵列的柔性能量收集器需要复杂的制作工艺，而且由于通常是在硬基片上制作，因此它们是不可拉伸的。本工作报道了一种简单的方法，即直接将ZnO纳米阵列完全嵌入到与人体皮肤具有相似力学性能的类皮肤聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性体基体中，制备无基底能量收集器。该柔性器件的弹性模量为3.3 MPa，可拉伸至原长度的250 %，可产生高达9.2 Vpp的开路电压，并可通过手指移动驱动LED。此外，该装置通过体外和体内试验从手指运动和心跳中收集能量。由安装在猪模型无铅起搏器上的装置产生约0.3 Vpp开路电压。这项工作提出了一种通用的设计策略，克服了能量材料和软组织之间的机械不匹配，适用于从可穿戴到可植入的各种生物力学EH应用。

利用钛酸铋、Bi4Ti3O12 ( BiTO ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合薄膜的摩擦和压电效应，通过简单、经济的制备工艺，制备了一种多单元复合的压-摩擦纳米发电机。由混合氧化物路线合成的BiTO样品结晶为正交对称，结构数据的Rietveld精化证实了这一点。温度和频率依赖的介电谱解释了BiTO的巨介电性能，源于界面极化、跳跃极化和外电极效应的共同作用。巨介电BiTO导致内极化的放大，为HNG器件提供了增强的输出性能。因此，与单独的PDMS-BiTO复合基PENG和TENG器件相比，HNG器件在功率密度方面表现出多倍的提升。随后，借助3D打印结构和一个球，构建了由多单元HNG器件组成的新型器件结构，分别输出300  V和4.7  μA的电压和电流。最后，HNG装置被用于生物力学能量收集和供电各种电子，如LED、计算器和腕表。