力學與土木建築學院秦衛陽、於慶民教授團隊在生物傳感領域頂級期刊發表長篇綜述-力學與土木建築學院
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力學與土木建築學院秦衛陽、於慶民教授團隊在生物傳感領域頂級期刊發表長篇綜述

發布時間:2020/09/16   作者:   點擊:[]

2020年08月29日,生物傳感領域頂級期刊《Biosesensors and Bioelectronics》(中科院大類一區,Top期刊,影響因子:10.257)在線發表了題為“Stretchable piezoelectric energy harvesters and self-powered sensors for wearable and implantable devices”的研究綜述論文。該成果為西北工業大學力學與土木建築學院秦衛陽教授、於慶民教授團隊與美國賓夕法尼亞州立大學程寰宇助理教授、廖亞斌助理教授團隊和浙江工業大學吳化平教授團隊在可延展柔性壓電能量收集與傳感器件方麵的合作研究成果。該論文第一作者為西北工業大學力學與土木建築學院2017級力學專業博士生周紅磊,西北工業大學於慶民教授和美國賓夕法尼亞州立大學廖亞斌助理教授、程寰宇助理教授為該論文共同通訊作者。該研究成果獲得了包括中國國家自然科學基金、美國國家自然科學基金、美國化學學會研究基金等項目的資助。

可延展壓電材料和結構及其在可穿戴和可植入式醫療電子器件中的應用

近年來,可穿戴和植入式醫療電子器件得到了快速的發展,實現了血壓、血糖、心率等關鍵生理參數的實時不間斷測量,這為精準數字醫療和遠程醫療技術的進步提供了保障。對於這些醫療器件而言,除了體積小、重量輕等特點外,器件的可延展性和電能供應是使得這些器件成功應用於醫療領域的關鍵所在。然而,傳統電池的大體積和有限壽命等是製約用戶體驗、器件性能和長時間持續工作的主要瓶頸。針對這一現狀,開發具有較高壓電係數且可延展的壓電材料,並與可延展柔性結構設計結合製備出用於收集人體活動等低頻機械能的可穿戴和可植入式柔性壓電能量收集器件具有廣闊的應用前景。

該論文一方麵係統介紹了新型可延展壓電材料(包括有機壓電聚合物、壓電複合材料、3D壓電泡沫材料等)的最新研究進展,比較了各種壓電材料的壓電和可延展性能;另一方麵係統介紹了可延展結構(包括薄膜屈曲結構、蛇形導線結構、剪紙結構和編織結構等)的最新進展及與壓電材料結合的相關應用。最後,係統地介紹了基於可延展壓電材料和可延展結構的壓電能量收集器件和自供電壓電傳感器件的最新研究進展,及其在可穿戴和可植入式醫療電子器件中的應用(見圖)。討論了可延展壓電材料和結構及其在自供電可穿戴和可植入式醫療器件中的應用方麵所麵臨的機遇和挑戰。

基於此,在後續的研究工作中,該團隊將進一步致力於開發具有更高延展性、更高壓電效率的新型柔性可延展壓電能量收集和自供電壓電傳感器件。研究成果將有助於實現對可穿戴和可植入式醫療電子器件的不間斷電能供應,同時實現血壓、心率等關鍵生理參數的實時、持續、精準測量,助力柔性醫療器件和精準數字醫療技術的快速發展。

文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.bioses.2020.112569

第一作者簡介

周紅磊,西北工業大學力學與土木建築學院2017級博士研究生,2019年獲得國家建設高水平大學公派研究生項目的資助赴美國賓夕法尼亞州立大學進行聯合培養,主要研究方向為柔性電子器件力學、可延展壓電器件及柔性微帶天線的結構設計與製備。自攻讀博士學位以來,連續獲得西北工業大學一等學業獎學金、優秀研究生、吳亞軍獎學金等榮譽稱號。以第一作者在International Journal of Solids and Structures,Extreme Mechanics Letters等力學領域知名期刊發表論文4篇,以主要作者身份在Journal of Applied Mechanics,Journal of Physics D: Applied Physics等期刊發表論文6篇,近5年來論文被引總量90餘次。作為共同第一作者與韓國高麗大學(Korea University)合作的關於“Expandable and Implantable Bioelectronic Complex for Analyzing and Regulating Real-time Activity of the Urinary Bladder”的研究工作投稿至國際知名綜合性期刊《Science Advances》並於近日二審修回。

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