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香港城市大学何庆颂副教授团队:离子压电效应-力电转换在传感、生物界面以及能量收集上的应用

原文链接:

https://doi.org/10.1002/agt2.425




文章简介


由聚合物基体和自由离子组成的离子压电材料可在施加压力引起离子浓度梯度时产生电输出。目前这类离子压电材料主要集中在水凝胶或者离子凝胶上。与压电效应或摩擦电效应产生的电荷不同,利用离子携带信号与许多离子生物过程非常相似。正由于这种生物相似性,离子压电效应在实现与生物系统无缝集成方面具有巨大潜力,这将加速医疗设备和个性化医疗的发展。该综述全面介绍了离子压电效应的机理、方法和应用,旨在促进相关领域的融合和发展。

该综述深入概述了离子压电效应领域。离子压电效应可定义如下:当被溶剂溶胀的聚合物材料受到机械应力时,聚合物内溶剂中的阴阳离子会发生分离,这种分离能以电压或电流的形式被测量。影响离子压电效应的主要参数包括外加应力、离子、溶剂和聚合物网络。这意味着离子压电材料系统的特性参数,即离子大小、离子电荷、溶剂类型及其化学和物理特性,对于离子压电效应的基础以及潜在应用研究至关重要(图 1)。

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图1.离子压电系统以及机理示意图。系统包括:(i) 外加应力;(ii) 溶剂;((iii) 溶解在溶剂中的离子;(iv) 被溶剂溶胀的聚合物网络,也被称为网络、骨架或基质。

该综述涵盖了离子压电效应的机理、材料方法、应用、未来展望和当前存在的争议等多个方面。首先从历史的角度描述了该领域的起源和演变,然后从含有游离或固定离子的水凝胶两个方面集中阐述了该领域的材料设计和器件制备研究。最后,作者也介绍了离子压电效应在传感、生物界面和能量收集方面的各种应用以及其性能。凭借其新颖的特性,离子压电效应有望在克服个性化医疗保健和可持续能源方面的巨大挑战中发挥关键作用。

以上综述论文以“Piezoionics: Mechanical-to-ionic transduction for sensing, biointerface, and energy harvesting”为题发表于 Aggregate 期刊。第一作者是香港中文大学的陈孔麒博士,通讯作者为香港城市大学材料科学与工程系何庆颂副教授。

(Aggregate 2023, e425.
 https://doi.org/10.1002/agt2.425)

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