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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。
关键词： 柔性压电发电机、薄膜、氮化物半导体、自供电系统、生物相容性
更新于2025-09-23 15:23:52
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由摩擦纳米发电机高压直接驱动的电响应材料与器件
摘要： 具有电响应特性的智能材料及依赖不同静电效应的器件可直接由摩擦纳米发电机（TENG）驱动。TENG的开路电压在几毫米间距下即可轻松达到数千伏，这种高输出电压能有效驱动或控制高内阻器件。此类组合是实现自供电智能系统最直接的方式。因此，本文综述了可与TENG成功结合的电响应材料与器件，包括介电弹性体、压电材料、铁电材料、静电操纵器、静电空气净化器以及场发射与质谱仪等。同时阐明了选择适配材料/器件的关键因素，并深入探讨了这些复合系统当前面临的挑战。凭借成本效益和简易制造工艺，这类基于TENG的复合系统在智能机械、人机交互系统、智能存储系统、自供电微流控芯片、便携式质谱仪等领域具有广阔应用前景。
关键词： 压电材料、质谱仪、静电空气净化器、介电弹性体、电响应材料、自供电系统、场发射、静电操纵器、摩擦纳米发电机、铁电材料
更新于2025-09-10 09:29:36