个性化按需诊断和治疗的新兴领域要求相应电子系统具有生物相容性，机械可变形性和自我维持性。通过可持续途径有效转化微弱的环境能量为支持相关应用中的电子设备和传感器的运行提供了可行的供电方案。摩擦纳米发电机（TENG）依靠摩擦起电效应和静电感应效应的协同作用，可以有效地收集机械能，为电子设备和传感器供电。由生物相容性材料制成的有效摩擦电装置的探索已引起人们越来越多的兴趣。

  聚乙烯醇（PVA）具有水溶性和生物相容性，是生物医学应用最广泛的聚合物之一。纯PVA由于其亲水性，生物降解性和生物相容性，最近已被用作TENG中的接触层。然而，纯PVA具有相对有限的功能和较高的加工成本。同时，最近的报道结果表明，添加少量分子（包括淀粉，壳聚糖等）可以对所形成的PVA共混物的机械性能和生物降解性进行多方面的调节，从而改善性能并显着降低成本。然而，关于PVA共混物的分子/离子工程对其摩擦电性能影响的基本理解尚待揭示。此类知识的欠缺阻碍了采用生物相容性材料构造的功能更强大的摩擦电装置的合理设计和整体工程。

  美国普渡大学武文倬教授和阿克伦大学朱家华教授团队对通过系统的材料工程和PVA共混物不同结构水平的表征，深入理解了分子/离子填料对PVA共混物的摩擦电性能的影响。选择三种易获得的填充剂，即明胶，盐酸（HCl）/氢氧化钠（NaOH）和氯化钾（KCl）/氯化钠（NaCl），分别研究分子，pH值和离子等因素的影响。更重要的是，它们丰富的官能团/离子可以与PVA分子形成氢键或络合，从而诱发界面极化和离子极化。因此通过增强或调控PVA共混物中极化基团的迁移，设计与TENG输出直接相关的介电常数。使用具有价格低的，易于使用的填料进行分子/离子工程的已证明策略可调节PVA材料的能量收集性能。经过优化的PVA-明胶共混材料显示出稳定而强劲的电子输出性能，以及对诸如人脉搏之类的机械变形的低检测极限。凭借灵活性和生物相容性等优势，基于PVA混合物的摩擦发电设备显示出具有成本效益的人体健康监测潜力，并为设计未来的生物相容性TENG提供了新的策略。

图1：透明的PVA-明胶薄膜；PVA-明胶制备的TENG器件测量人体脉搏的30 s实时电流输出，以及其中一个周期的放大展示。

  以上相关成果发表在Advanced Materials (Advanced Materials. 2020, 202002878)上。论文的共同第一作者为普渡大学博士生王若星和阿克伦大学穆立文博士，共同通讯作者为普渡大学武文倬教授和阿克伦大学朱家华教授。

  原文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002878