微结构

Abstract(#br)A three-dimensional (3D) structure comprising precisely defined micro-architecture and surface micro-textures, designed to present specific physical cues to cells and tissues, may provide an efficient scaffold in a variety of tissue engineering and regenerative medicine applications. We report a fabrication technique based on microfabrication and soft lithography that permits for the development of 3D scaffolds with both precisely engineered architecture and tailored surface topography.

Abstract(#br)Objectives(#br)Despite their various advantages, such as good esthetic properties, absence of mercury and adhesive bonding to teeth, modern dental composites still have some drawbacks, e.g., a relatively high rate of secondary caries on teeth filled with composite materials. Recent research suggests that microstructured biomaterials surfaces may reduce microbial adhesion to materials due to unfavorable physical material–microbe interactions.

Abstract(#br)A polyethylene (PE) microfiltration membrane with highly ordered and identical straight through-pore microstructure was facilely synthesized via micro-casting. Initially, through embedding the micropillars of silicon micropillar template into a polydimethylsiloxane (PDMS) layer under a press force, we built a micropillar mold cavity (MPMC) and infiltrated PE melt into the cavity by submerging the MPMC into the melt to perforate the PE thin film. Then after a release of the PDMS layer, the solidified PE membrane was peeled off from the template.

健康监测、电子皮肤和软机器人需要大面积和强有力的能量收集策略来为嵌入式传感器和外围电子产品供电。摩擦电纳米发电机( TENG )是自供电传感器和自充电系统的最佳选择。本文提出了一种大规模便捷、兼容的棒辅助打印方法，实现了具有良好疏水性的分级微结构聚合物复合摩擦电薄膜，提高了TENG的电输出性能，实现了TENG的鲁棒性，通过将石墨填料引入到最佳浓度的聚二甲基硅氧烷( PDMS )中调节TENG器件的电输出。所实现的基于TENG的微结构石墨/ PDMS复合材料，在1.2   N的外力作用下，提供高稳定的短路电流42   µ A，开路电压410   V，转移电荷160   nC，足以为可穿戴传感器供电或对储能器件充电。TENG器件可在2   s内将2.2   µ f电容充电至1.5   V，可发光30个商用绿色LED，并可驱动电子表。自动力触觉传感也通过将TENG装置附着在橡胶手套上来监测抓取物体的过程得到了证明。进一步，制作了大规模自供电传感器阵列，并利用其绘制空间压力分布。这项工作不仅展示了一种可扩展地制备具有高电输出、优异耐久性和环境稳定性的高性能TENGs的分级微结构聚合物复合薄膜，而且为未来性价比和自供电电子的发展带来了洞察力。

设计并制备了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )和多壁碳纳米管( MWCNTs )组成的多孔微结构压阻材料，用于宽检测范围的柔性高灵敏压力传感器。在部分固化的PDMS / MWCNTs / NaCl混合液表面，通过压印非织造布的方法，将微观结构花样化。将NaCl粉末固化溶解后，得到多孔和表面微结构的PDMS / MWCNT薄膜。将两个PDMS / MWCNT薄膜堆叠在一起，夹在两个铜箔电极之间，其中两个微结构表面与电极接触。由于多孔结构与表面微结构的协同作用，柔性传感器在1 ~ 100 kPa的宽压力范围内具有高灵敏度响应。在小压力下，通过改变电极与表面微结构的接触面积实现了高灵敏度，在高达100 kPa的压力下，由于压阻式PDMS / MWCNT材料的多孔结构，传感器保持了高灵敏度。此外，该传感器响应速度快，耐久性好。基于多孔和微结构PDMS / MWCNTs的压阻式压力传感器在声音检测、人体活动监测以及空间压力分布的阵列映射等方面得到了展示。

高灵敏度与宽传感范围的矛盾极大地限制了柔性压力传感器的广泛应用。生产一种既具有高灵敏度又具有宽量程的传感器仍然是一项具有挑战性的工作。本文将碱处理的3D皱缩MXene与微结构聚二甲基硅氧烷( PDMS )相结合，研制了宽传感范围的柔性高灵敏压阻传感器，制备了不同粗糙度PDMS薄膜作为柔性衬底，未处理MXene作为导电材料的传感器，明确了超宽压力范围( 0 ~ 800   kPa )的几何设计。然后，制作了其他由NaOH碱化的3D皱缩MXenes和粗糙PDMS组装的传感器，说明材料优化可以进一步提高灵敏度(最高可达1104.38 k Pa-1 )，传感器检测下限( 17   Pa )，响应时间快( 100   ms )，循环稳定性好( 3000个循环，300   k Pa )，能够检测到从小丸、脉冲、心跳、喉部振动到水重变化的大压力范围，在健康监测系统和人机交互方面具有广阔的前景。

越来越多的可穿戴设备的使用刺激了作为更便携和实用能源替代品的能源收集器的研发工作。压电纳米发电机( PENGs )和摩擦电纳米发电机( TENGs )领域，特别是采用氧化锌( ZnO )纳米线( NWs )，近年来得到了极大的繁荣。尽管ZnO具有较低的压电系数，但由于其可持续的原材料和易于获得不同形貌，从而提高了其多功能性，因而受到了广泛的关注。将ZnO纳米结构集成到聚合物基体中以克服其脆性已被证明是卓有成效的，但其在复合材料中的浓度应予以优化，以最大限度地提高收集器的产量，这是一个尚未得到妥善解决的问题。本工作研究了微波辐射辅助水热合成法生长的ZnO纳米棒( NRs )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )的不同浓度复合材料，在复合材料中加入25wt % ZnO NRs，通过激光雕刻进一步微结构以增强输出，在2.3 N的推进力下制备了输出为6 V的纳米发电机( NG )。

健康监测、电子皮肤和软机器人需要大面积和强有力的能量收集策略来为嵌入式传感器和外围电子产品供电。摩擦电纳米发电机( TENG )是实现自供电传感器和自充电系统的最佳选择。本文提出了一种简单、兼容的大规模棒状辅助印刷方法，实现了具有良好疏水性的分级微结构聚合物复合摩擦电薄膜，以提高TENG的电输出性能和鲁棒性。TENG器件的电输出通过将石墨填料以最佳浓度送入聚二甲基硅氧烷( PDMS )中进行调谐。所实现的基于TENG的微结构石墨/ PDMS复合材料，在1.2   N的外力作用下，提供高稳定的短路电流42   µ A，开路电压410   V，转移电荷160   nC，足以为可穿戴传感器供电或对储能器件充电。TENG器件可在2   s内将2.2   µ f电容充电至1.5   V，可发光30个商用绿色LED，并可驱动电子表。自动力触觉传感也通过将TENG装置附着在橡胶手套上来监测抓取物体的过程得到了证明。进一步，制作了大规模自供电传感器阵列，并利用其绘制空间压力分布。这项工作不仅展示了一种可扩展地制备具有高电输出、优异耐久性和环境稳定性的高性能TENGs的分级微结构聚合物复合薄膜，而且为未来性价比和自供电电子的发展带来了洞察力。

本文以多孔钛酸钡( BaTiO3 ) /多壁碳纳米管( MwCNTs ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合层为介质层，制备了一种柔性电容压力传感器。充分研究了传感器的灵敏度、稳定性、响应时间和人体兼容性。结果表明，在BaTiO3和MwCNTs杂化填料中，巨介电常数分布均匀，成功构建了可控的多孔微结构介质层。BaTiO3 / MwCNTs / PDMS柔性电容压力传感器灵敏度高( ~ 1.24   k Pa–1 )，在低压范围( 0   ~   0.8   k Pa )稳定性好。而且得到了较低的检出限( ~ 7  Pa )和较快的响应时间( ~ 200  ms )。人体相容性试验表明，我们研制的柔性传感器能够快速捕捉人体的响应，在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。

本文以多孔钛酸钡( BaTiO3 ) /多壁碳纳米管( MwCNTs ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合层为介质层，制备了一种柔性电容压力传感器。充分研究了传感器的灵敏度、稳定性、响应时间和人体兼容性。结果表明，在BaTiO3和MwCNTs杂化填料中，巨介电常数分布均匀，成功构建了可控的多孔微结构介质层。BaTiO3 / MwCNTs / PDMS柔性电容压力传感器灵敏度高( ~ 1.24   k Pa–1 )，在低压范围( 0   ~   0.8   k Pa )稳定性好。而且得到了较低的检出限( ~ 7  Pa )和较快的响应时间( ~ 200  ms )。人体相容性试验表明，我们研制的柔性传感器能够快速捕捉人体的响应，在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。