《Biosens.Bioelectron.》综述：可延展压电材料在自供电压电传感器及可穿戴、可植入医疗器件中的应用

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近日，美国宾夕法尼亚州立大学程寰宇助理教授、廖亚斌助理教授团队和西北工业大学秦卫阳教授、于庆民教授团队、浙江工业大学吴化平教授团队合作，在《Biosensors and Bioelectronics》期刊上发表题为“Stretchable piezoelectric energy harvesters and self-powered sensors for wearable and implantable devices”的研究综述论文。西北工业大学与宾夕法尼亚州立大学联合培养博士生周红磊为该论文第一作者，西北工业大学于庆民教授和美国宾夕法尼亚州立大学程寰宇助理教授、廖亚斌助理教授为该论文共同通讯作者。论文获得了包括中国国家自然科学基金、美国国家自然科学基金、宾夕法尼亚州立大学启动基金、种子基金和美国化学学会研究基金等项目的资助。

近年来，可穿戴和植入式医疗电子器件得到了快速的发展，实现了血压、血糖、心率等关键生理参数的实时不间断测量，这为精准数字医疗和远程医疗技术的进步提供了保障。对于这些医疗器件而言，除了体积小、重量轻等特点外，器件的可延展性和电能供应是使得这些器件成功应用于医疗领域的关键所在。然而，传统电池的大体积和有限寿命等是制约用户体验、器件性能和长时间持续工作的主要瓶颈。为此，科研人员在可延展压电能量收集方面做了大量的研究工作，成功开发出具有较高压电系数的可延展压电材料；也通过结构设计，将可延展结构与具有较高压电系数的压电材料结合开发出同时具有优异的压电和可延展性能的能量收集器件，极大的解决了由于传统电池带来的困扰和技术瓶颈。

图1 基于可延展压电材料和结构的压电能量收集和自供电传感器件，及它们在可穿戴和植入式医疗电子器件中的应用

本文要点

1、全面总结了新型可延展压电材料的最新进展，包括有机压电聚合物、压电复合材料、基于无机压电材料的3D压电泡沫等，比较了各种压电材料的压电性能和可延展性能大小。

2、全面总结了相关的可延展结构及最近进展，包括薄膜屈曲结构、蛇形导线结构、剪纸结构和编织结构等，对比了各种结构的可延展性能大小，以及这些可延展结构与压电材料结合的相关应用。

3、综述了基于可延展压电材料和可延展结构的压电能量收集器件和自供电压电传感器件的发展和在可穿戴和可植入式医疗电子器件中的应用。讨论了功率管理和器件的生物兼容性等关键问题。

4、讨论了可延展压电材料和结构及在自供电可穿戴和可植入式医疗器件中的应用所面临的机遇和挑战。对一些新型的压电材料（如透明压电材料）和可延展压电结构（如3D屈曲结构）在新兴医疗领域中的应用和发展前景进行了讨论和设想。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112569

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