生物相容性納米發(fā)電機的制備及其性能研究.pdf

1、納米發(fā)電機作為一種新型綠色能源具有很大的發(fā)展?jié)摿?，其自?qū)動的優(yōu)勢可以促進植入式醫(yī)學(xué)的發(fā)展，同時還可以應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電，提高生活品質(zhì)。能源供給是植入式醫(yī)療器件應(yīng)用的關(guān)鍵，現(xiàn)有電池供電會因電能耗盡使病人面臨再次手術(shù)的風(fēng)險。生物相容性摩擦納米發(fā)電機（BCTENG）的發(fā)展為該問題的解決提供了新方法。近年來，通過選擇生物相容性材料和對極板表面進行微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，使 BCTENG獲得了良好的輸出性能。如何進一步優(yōu)化納米發(fā)電機（NG）的材料和結(jié)構(gòu)來提高其

2、輸出效率、增加應(yīng)用價值是亟待解決的問題。
　　為此本文針對植入式納米發(fā)電機提出了用乙基纖維素（EC）和317L醫(yī)用不銹鋼（317L SS）做極板，分別用ICP蝕刻和光刻法對兩極板進行微加工制備摩擦納米發(fā)電機（TENG），并測試了經(jīng)模擬體液浸泡后的輸出變化。通過對極板復(fù)合薄膜的研究，控制了發(fā)電機極板的降解速率、提高了韌性。本文探索了一些簡單、廉價的增大表面摩擦的方法，如激光加工法和熱壓溶解法。針對當(dāng)前的環(huán)境和發(fā)電機的應(yīng)用問題，提出以

3、乙基纖維素和聚乙烯為摩擦材料制備風(fēng)力納米發(fā)電機。結(jié)果如下：
　　1.將317L醫(yī)用不銹鋼、乙基纖維素（EC）作為摩擦材料制備生物相容性TENG。通過光刻技術(shù)和 ICP蝕刻技術(shù)在不銹鋼、乙基纖維素表面設(shè)計微納陣列結(jié)構(gòu)以增強摩擦層的摩擦效率。自行研制了一種動摩擦因數(shù)的測試裝置，結(jié)果證明，表面微觀處理后的發(fā)電機的性能得到顯著提升，電壓和電流可以分別達到245 V和50μA，可以驅(qū)動18個發(fā)光二極管發(fā)光。317L SS-EC TENG經(jīng)模

4、擬體液長時間浸泡后，完全干燥的情況下輸出效率基本保持穩(wěn)定；在潮濕狀態(tài)下，由于離子在電勢場的作用下發(fā)生移動，會大幅度提高TENG的輸出效率，短路電流最高可達145μA。
　　2.乙基纖維素降解較快，韌性較差；聚乳酸不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且可以降低降解速率。為滿足醫(yī)用的降解速率及力學(xué)性能，將乙基纖維素和聚乳酸做成復(fù)合薄膜。當(dāng)聚乳酸的質(zhì)量分數(shù)Wt(P L A)為40％～50%時,力學(xué)性能較佳。復(fù)合薄膜的親水性和降解速度會隨著乙基纖維

5、素質(zhì)量分數(shù)Wt(E C)的增加而增加。為獲得較低的降解速率及良好的拉伸性能，選擇Wt(P L A)的范圍在33%～41%之間。結(jié)果證明，當(dāng)Wt（PLA）為35%時納米發(fā)電機有最好的輸出效率。通過熱壓溶解法對復(fù)合膜表面進行微加工可以得到納米級的孔隙，采用激光加工法處理不銹鋼表面既可以得到10μm左右的凸起，又可以產(chǎn)生納米級的毛化現(xiàn)象，并且熱壓溶解法和激光加工都具有耗時短、廉價易操作、成功率高的特點。
　　3.用乙基纖維素和聚乙烯為摩