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胶原薄膜内定向碳酸锶纳米晶体用于柔性压电传感器
Fang, W., Ping, H., Li, X., Liu, X., Wan, F., Tu, B., Xie, H., O'Reilly, P., Wang, H., Wang, W., Fu, Z.,
Advanced Functional Materials
Abstract
由矿化胶原纤维组装而成的骨骼在外界刺激下呈现压电特性，进而影响组织生长。矿化胶原纤维由胶原蛋白与定向无机纳米晶体构成。受矿化胶原纤维独特结构与压电效应启发，本研究在体外实现了定向碳酸锶纳米晶体的纤维内矿化，该体系同样展现出良好压电性能。无定形碳酸锶前驱体从间隙区渗透并逐渐填充胶原纤维内部空间，转化为共取向结晶相。具有有序SrCO₃纳米晶的分离矿化胶原纤维获得优异柔性特性与逆压电响应，其有效压电系数达3.45 pm V⁻¹，远高于单一胶原（1.12 pm V⁻¹）和SrCO₃晶体（0.092 pm V⁻¹）。这些结果表明有机与无机组分协同贡献于骨骼的压电效应。此外，由SrCO₃矿化胶原纤维组装的柔性压电薄膜器件在压缩应力下产生1.2 V的稳定开路电压，在弯曲模式下获得80 nA的稳定循环短路电流。该研究有望推动高性能压电传感器的发展。