随着便携式电子产品的发展，自驱动供能已经成为新一代可穿戴、皮下植入电子成品最核心的需求之一。利用基于压电材料的压电发电机（piezoelectric generator, PEG）从环境中采集机械能被视为一种有效、环保可持续的自驱动方案,将设备佩戴者的身体运动、心跳、环境噪声等不规律的机械能转换为电能维持设备运作。

  近日，电子科技大学向勇教授//胡潇然副研究员团队提出了一种基于乳酸的压电弹性体(lactate-based piezoelectric elastomer, LBPE)的新型PEG概念。通过向乳酸中引入柔性链段和交联位点，降低了聚乳酸的弹性模量，增大材料在应力下的形变量，形成更多的C=O偶极，使其产生的电流密度较传统PVDF压电材料提升4.21倍。得益于其低玻璃化转变温度和线性分子链结构，LBPE表现出快速自愈修复特性。在人体体温（37℃）下，被切断的LBPE可以在15分钟内恢复至初始完整状态，并且在5个切割-恢复循环后依旧保持77.38%的电学性能和44.98%的力学性能。这种基于高力学性能及压电特性的新型压电弹性体概念为便携式可穿戴、皮下植入多功能电子设备的能量供给系统提供了全新的设计思路。同时其优良的自愈特性进一步保证了其在日常佩戴下的功能稳定性。相关成果以标题为《Highly Stretchable Lactate-Based Piezoelectric Elastomer with High Current Density and Fast Self-healing Behaviors》发表于Nano Energy。

 图1. (a) PLLA 和 (b) LBPE 设计概念的示意图，具有原始形状和拉伸张力。

 

 图2. (a) 16 cm² LBPE在不同自由落体高度下的压电开路电压和(b) 压电短路电流行为。

作者简介

  王辛瑜，电子科技大学材料与能源学院博士后。毕业于香港理工大学。主要研究方向是低维纳米材料的设计及多物理场传感器开发，相关研究成果发表在Nano Energy, Chem. Eng. J，Appl Catal A-Gen，Opt. Express, J. Lumin.上。

  胡潇然副研究员，电子科技大学材料与能源学院副研究员，师从北京化工大学张立群院士，长期担任Nano Energy、Advanced Function Materials等知名期刊审稿人。主要研究方向为高分子智能材料与器件，包括基于大面积传感阵列的压电材料、形状记忆材料的设计制备、工艺优化及核心装备开发；基于可降解生物基聚合物的分子结构、制备路线的设计及在纳米增强、3D打印材料方向应用等。在领域内知名期刊和会议上发表SCI论文30余篇，申请专利10余项。承担和参与了多项国家科研项目。

  向勇教授，电子科技大学先进能源技术研究院院长、教授、博士生导师，材料与能源学院党委委员、教授委员会主任，校科技委委员，教育部科技委能源交通学部委员。2000年本科毕业于中国科学技术大学（郭沫若奖学金获得者），2001年和2005年硕士和博士毕业于美国哈佛大学；2005-2009年任美国英特尔公司总部高级工程师/项目经理；2009年回国任教电子科技大学，历任微电子与固体电子学院院长助理，能源科学与工程学院副院长，材料与能源学院院长；2019年起任先进能源技术研究院院长，兼任四川省柔性显示材料基因组工程研究中心主任。主要从事材料基因工程、分子集成器件、柔性智能传感、结构化信息化电池等方面研究工作，近五年带领团队承担了60多项国家级、省部级科研项目，累计经费11000多万元，发表学术论文300多篇，授权国内外发明专利100余项，部分已实现转化。曾获2004年美国材料研究协会银奖、2006年美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主任奖、2011年教育部新世纪优秀人才、2014年四川省特聘专家、2017年四川省科技进步二等奖、2019年中国工程院工程前沿杰出青年学者等荣誉称号。指导学生创新创业团队获得2016年全国“创青春”大学生创业大赛金奖、2018年团中央“小平科技创新团队”、2019年中国“互联网+”大学生创新创业大赛金奖、2021年中国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖等国家级奖项。目前担任国家材料基因工程计划专家组成员，国防领域能源方向专家组成员，中国材料学会材料基因组分委会副秘书长，四川省电子学会青年委员会主任等学术兼职。