【综述】可穿戴与植入式摩擦纳米发电机- 大数跨境

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2019-04-26

导读：北京航空航天大学樊瑜波教授研究团队与中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员、王中林院士研究团队合作，系统性总结了目前可穿戴与植入式TENG的研究进展。

近年来，便携式电子器件，如穿戴式与植入式电子器件在日常生活和临床医疗上的应用越来越广泛。目前已朝着小型化、智能化、多功能化和柔性化发展。然而，便携式电子产品面临的主要问题是现有的电池不能长期、持续供能，频繁的充电和更换电池限制了其进一步发展。特别是临床应用的植入式电子医疗器件，如心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等，更换电池还会带来二次手术风险与昂贵的医疗费用。如何为这些便携式电子器件提供安全、环保、可持续的电能成为亟须解决的问题。

便携式电子器件大多与人类活动密切相关，而与人类活动相关的最丰富的能量形式就是各种人体运动产生的机械能。基于摩擦起电与静电感应耦合原理的摩擦纳米发电机（TENG）能够高效的将机械能转换为电能，因其广泛适用的工作模式和较高的转化效率而备受关注。随着先进功能材料与纳米技术的快速发展，可穿戴与植入式的TENG作为便携式电子器件在日常生活与临床监护上取得不断突破，不但能够作为持续的能源供给器件为便携式电子器件供能，还能作为主动式传感器进行穿戴式或植入式生理信号测量。

近日，北京航空航天大学樊瑜波教授研究团队与中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员、王中林院士研究团队合作，系统性总结了目前可穿戴与植入式TENG的研究进展。作者将可穿戴与植入式TENG在便携式电子器件中的应用进行了归纳，并将可穿戴式TENG分为：直接可穿戴（直接与身体接触）与间接可穿戴（集成到帽子、眼镜、衣服、鞋子等服装配饰上再与身体接触）；将植入式TENG分为长效可植入与生物可降解器件两类。随后，概述了已报导的具有代表性的可穿戴与植入式TENG作为生物机械能收集单元与主动式传感器的前沿应用。作者还讨论了目前可穿戴与便携式TENG所面临的主要挑战包括：①高效的能源存储；②小型化与集成化；③长效性。侧重强调了可穿戴式TENG作为主动式传感器需进一步提高其抗干扰能力与对恶劣环境的适应性，植入式TENG应解决长效生物安全性、有效固定与微创手术等挑战。最后，作者针对所面临的不同的挑战，提出了可能的解决方案。