基于III族氮化物薄膜的柔性压电发电机：为自供电可穿戴与植入式电子设备提供生物相容且可持续的电源解决方案

摘要： 收集生物力学能量的能量收集器是可穿戴和植入式电子设备的理想电源候选方案。在应用最广泛的能量收集器中，压电发电机与尺寸相近的摩擦电发电机相比能产生更多电荷，因此更适合制作紧凑型可穿戴设备。然而大多数高功率压电发电机采用含铅的锆钛酸铅材料制成，其有毒铅元素特性使其不适用于可穿戴应用。本研究通过层转移法制备了由化学性质稳定且具有生物相容性的氮化物（III-N）薄膜构成的柔性压电发电机（F-PEG）。该III-N薄膜F-PEG在5MΩ负载电阻下可产生50V开路电压、15μA短路电流及167μW最大输出功率。研究通过直接驱动LED发光二极管、电子手表等电子设备，以及为商用电容和电池充电来驱动光学脉搏传感器，展示了III-N薄膜F-PEG的实际应用。此外，经过超过30,000次严苛弯曲测试后，该III-N薄膜F-PEG仍保持良好耐用性和稳定输出性能。