河南工业大学机电工程学院师生在国际顶级学术期刊 Chemical Engineering Journal发表最新科研成果

近日，我校机电工程学院“微纳机电与集成化智能检测系统”团队在国际顶级学术期刊Chemical Engineering Journal（IF=16.744）上发表了题为“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)的研究论文。团队负责人关炎芳、2020级硕士研究生白明洋为共同第一作者，关炎芳和李武杰为共同通讯作者，河南工业大学为论文第一署名和通讯作者单位。

 

 

部分成果内容

 

高柔性、良好的机械强度和高灵敏度是开发用于实时生理功能监测的可穿戴设备的最重要因素，该论文介绍了一种新型基于锆钛酸铅、微纤化纤维素和聚乙烯醇的PZT/MFC@PVA压电式纳米发电机（PENG），PENG具有自发的将机械能转化成电能的特性，广泛用于可穿戴、环境、生化等领域。

 

与传统的PDMS等高分子聚合物作为压电式传感器的基体相不同，本课题首次引入微纤化纤维素（MFC）作为纳米发电机基体相，其亲水性和三维网状结构可以有效解决压电颗粒分散均匀性和纵向分布密度。同时采用MFC对聚乙烯醇（PVA）进行改性，以提高压电复合材料的灵敏度和机械强度，通过对不同MFC含量的MFC@PVA在热学、力学和电学方面性能分析，发现MFC的加入不仅提高PVA热学性能和力学性能，促进PVA的结晶，并且其电性能也符合压电相和基体相电学性能相匹配的原则。鉴于MFC@PVA基体相材料优良的性能，最后研制出PZT/MFC@PVA复合压电式纳米发电机，探讨了基体相（MFC@PVA）对三相体系的影响规律，并将其应用于人体生理信号，如心跳、呼吸等信号监测，大大拓宽了可穿戴设备应用范围。

 

机电工程学院高度注重科研团队建设，大力支持教师开展有组织的科研工作。微纳机电与集成化智能检测系统团队致力于智能传感与集成化检测装备、柔性电子与可穿戴设备、生医工程等交叉领域研究，先后获得国家自然科学基金、河南省科技攻关、郑州市科技协同专项等多项课题支持，取得系列研究成果，在国际知名期刊Lab on a Chip、Composite Structures、Lamgnuir、ACS Omega等发表高水平论文15篇。