将水溶性的压电晶体与柔性高分子进行复合可制备可降解柔性压电复合膜,其方法简易且不需要昂贵设备,在植入式或穿戴式瞬态电子领域展现出广阔的应用前景。然而,压电复合膜表现出的压电系数与晶体本身的压电系数相差甚远。如何保持晶体柔性化制备后的高压电系数有待深入研究且具有重要意义。
近日,中国科学院北京纳米能源所李舟研究员团队基于最简单的γ-甘氨酸压电晶体和使用共同溶解-干燥法制备了高分子-甘氨酸-高分子三明治结构的柔性压电膜。该工作研究了不同水溶性高分子、不同亲疏水性的成膜界面对甘氨酸晶型、排列、以及复合膜的微结构和压电性的影响。该研究发现使用较强疏水性的PTFE成膜界面,制备的甘氨酸-聚氧化乙烯(PEO)复合薄膜表现出最高的垂直于膜表面方向的d33平均压电系数(大约8.2 pC /N),非常接近于γ-甘氨酸晶体本身的d33压电系数(大约10.4 pC /N)。该工作证明合理的界面诱导调控是保持压电晶体柔性化制备后的高压电系数的关键。相关研究成果以“Interface-induced high piezoelectric γ-glycine-based flexible biodegradable films”为题发表于国际知名期刊Nano Energy上。论文的通讯作者是李舟研究员和孟宏宇博士,第一作者是博士研究生于巧和白源。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金等支持。
图1. 水溶性高分子对甘氨酸晶型、排列的界面诱导
图2. 不同亲疏水性的制备界面对复合膜的微结构、分子排列的调控
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109196
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