近日，我校機電工程學(xué)院“微納機電與集成化智能檢測系統(tǒng)”團隊在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal（IF=16.744）上發(fā)表了題為“A self-powered wearable piezoelectric nanogenerator for physiological monitoring based on lead zirconate titanate/microfibrillated cellulose@polyvinyl alcohol (PZT/MFC@PVA) composition”(DOI: 10.1016/j.cej.2023.141598)的研究論文。團隊負(fù)責(zé)人關(guān)炎芳、2020級碩士研究生白明洋為共同第一作者，關(guān)炎芳和李武杰為共同通訊作者，河南工業(yè)大學(xué)為論文第一署名和通訊作者單位。
部分成果內(nèi)容
高柔性、良好的機械強度和高靈敏度是開發(fā)用于實時生理功能監(jiān)測的可穿戴設(shè)備的最重要因素，該論文介紹了一種新型基于鋯鈦酸鉛、微纖化纖維素和聚乙烯醇的PZT/MFC@PVA壓電式納米發(fā)電機（PENG），PENG具有自發(fā)的將機械能轉(zhuǎn)化成電能的特性，廣泛用于可穿戴、環(huán)境、生化等領(lǐng)域。
與傳統(tǒng)的PDMS等高分子聚合物作為壓電式傳感器的基體相不同，本課題首次引入微纖化纖維素（MFC）作為納米發(fā)電機基體相，其親水性和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以有效解決壓電顆粒分散均勻性和縱向分布密度。同時采用MFC對聚乙烯醇（PVA）進行改性，以提高壓電復(fù)合材料的靈敏度和機械強度，通過對不同MFC含量的MFC@PVA在熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)方面性能分析，發(fā)現(xiàn)MFC的加入不僅提高PVA熱學(xué)性能和力學(xué)性能，促進PVA的結(jié)晶，并且其電性能也符合壓電相和基體相電學(xué)性能相匹配的原則。鑒于MFC@PVA基體相材料優(yōu)良的性能，最后研制出PZT/MFC@PVA復(fù)合壓電式納米發(fā)電機，探討了基體相（MFC@PVA）對三相體系的影響規(guī)律，并將其應(yīng)用于人體生理信號，如心跳、呼吸等信號監(jiān)測，大大拓寬了可穿戴設(shè)備應(yīng)用范圍。
機電工程學(xué)院高度注重科研團隊建設(shè)，大力支持教師開展有組織的科研工作。微納機電與集成化智能檢測系統(tǒng)團隊致力于智能傳感與集成化檢測裝備、柔性電子與可穿戴設(shè)備、生醫(yī)工程等交叉領(lǐng)域研究，先后獲得國家自然科學(xué)基金、河南省科技攻關(guān)、鄭州市科技協(xié)同專項等多項課題支持，取得系列研究成果，在國際知名期刊Lab on a Chip、Composite Structures、Lamgnuir、ACS Omega等發(fā)表高水平論文15篇。
