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  近日，美國賓夕法尼亞州立大學程寰宇助理教授、廖亞斌助理教授團隊和西北工業(yè)大學秦衛(wèi)陽教授、于慶民教授團隊、浙江工業(yè)大學吳化平教授團隊合作，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)大學與賓夕法尼亞州立大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生周紅磊為該論文第一作者，西北工業(yè)大學于慶民教授和美國賓夕法尼亞州立大學程寰宇助理教授、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基金、美國國家自然科學基金、賓夕法尼亞州立大學啟動基金、種子基金和美國化學學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、心率等關鍵生理參數(shù)的實時不間斷測量，這為精準數(shù)字醫(yī)療和遠程醫(yī)療技術的進步提供了保障。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是使得這些器件成功應用于醫(yī)療領域的關鍵所在。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；也通過結構設計，將可延展結構與具有較高壓電系數(shù)的壓電材料結合開發(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瓶頸。

圖1 基于可延展壓電材料和結構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)療電子器件中的應用

本文要點

  1、全面總結了新型可延展壓電材料的最新進展，包括有機壓電聚合物、壓電復合材料、基于無機壓電材料的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、全面總結了相關的可延展結構及最近進展，包括薄膜屈曲結構、蛇形導線結構、剪紙結構和編織結構等，對比了各種結構的可延展性能大小，以及這些可延展結構與壓電材料結合的相關應用。

  3、綜述了基于可延展壓電材料和可延展結構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)療電子器件中的應用。討論了功率管理和器件的生物兼容性等關鍵問題。

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

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