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话题

装置和结构

装置和结构

可扩展的可穿戴压电材料证明是基本的

从左到右:王一秀,吴文卓,王若星。吴文卓拿着一瓶Te纳米线解决方案
从左到右:王一秀,吴文卓,王若星

可以从生物或环境的振动和运动中清除机械能的技术对自供电设备(从传感器,消费电子产品到国防设备)的需求都很高。尽管压电材料已显示出将机械能转化为电能的巨大希望,但挑战依然存在。

“缺乏可扩展的制造和高产量且具有良好重现性的集成压电纳米材料的选择,”美国普渡大学工业工程助理教授Ravi和Eleanor Talwar Rising Wen Wu Wenzhuo Wu说。 “有关可伸缩,经济地生产相关材料的障碍继续盛行,这限制了相关材料的应用潜力。”

在他的最新工作中,普渡大学,德克萨斯大学达拉斯分校和美国爱达荷州国家实验室的Wu及其同事使用可扩展的纳米制造和自组装技术来生产碲纳米线压电器件。利用其设备的高压电响应和可变形性,他们展示了其在监测球囊导管和可穿戴式心血管传感器的充气中的应用。

纳米效益扩大

正如Wu所指出的那样,研究人员在60年代和70年代之前就已经研究过类似的体碲,但是结果并没有鼓励人们进一步研究在压电应用中利用这种材料。他补充说:“我认为,缺乏研究碲的压电特性的主要原因可能是由于其窄的带隙和块状形式的高载流子浓度,这会屏蔽压电效应。”

当前设备成功的关键是纳米线的使用。建立在 2013年报告的工作 通过 王忠林 在美国佐治亚理工学院 载民明 在韩国延世大学及其同事中,Wu和他的合作者通过利用带隙和压电响应的尺寸依赖性,生产出性能大大提高的碲器件。

另外,他们通过在合成中选择溶剂来控制纳米线的直径,并证明了其对直径更细的纳米线的性能有所改善。然后,他们使用标准的“ Langmuir-Blodgett”化学工艺生产了直径为7nm,纵横比为1000:1的纳米线单层薄膜。综合和自组装都是可扩展的。

上脉

Optical image of the wearable device attached on the human wrist. 信用:纳米期货

研究人员不仅展示了通过气囊导管的充气来监测纳米线中双轴应变的能力,还将纳米线薄膜结合到了可穿戴的心血管监护仪中。他们不仅能够检测到主脉搏,而且还可以区分出它的三个组成部分:心室喷射血液时的主波;心室压力降低产生的潮汐“拐点”;当主动脉瓣关闭且心室舒张时,血液反射。

Wu表示:“我们对设备的良好传感性能感到惊讶,因为我们并未在设备结构工程和优化方面投入过多的精力。” 物理世界。 “我们认为如此出色的传感性能主要归因于Te纳米线的强压电性和良好的机械变形能力。”

下一步

大多数压电材料是化合物,这使得这些碲纳米线器件具有独特性,Wu渴望更好地了解其基本压电性。进一步的研究还将探索如何改善可穿戴设备,人机界面,生物医学治疗和人体状态监测中碲纳米线压电器件的设备以及其他应用可能性。此外,吴建议其他可能具有碲前景的材料。

“还有另一种与碲具有相同结构的手性链材料。是硒!硒的带隙较大,并且有望表现出比碲强的压电性。”吴和他的同事们已经报道了热点问题。 纳米线的合成,整合及应用 用于类似的自供电的人工集成监控。

碲纳米线压电器件的完整详细信息在 纳米期货

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