納米科學：魚'生物廢物'轉變為壓電能量收集器！
研究人員工作背後的基本前提很簡單：魚鱗含有具有壓電特性的膠原纖維，這意味著在施加機械應力時會產生電荷。正如團隊本周在應用物理快報中所報告的那樣，他們能夠利用這一特性來製造生物壓電納米發電機。
為此，研究人員首先「從魚類加工市場收集硬魚，生魚鱗的生物廢料，然後使用脫礦質過程使其透明和靈活，」有機納米壓電助理教授Dipankar Mandal解釋說。 Jadavpur大學物理系設備實驗室。
加工魚鱗內的膠原蛋白用作有源壓電元件。
「我們能夠生產一種生物壓電納米發電機 - 也就是能量收集器 - 兩側都有電極，然後層壓它，」Mandal說。
雖然眾所周知，單個膠原納米纖維表現出壓電性，但直到現在還沒有人試圖專注於在天然魚鱗中分層組織膠原納米纖維。
「我們想要探討當一堆膠原納米纖維在魚鱗中分層排列良好並自組裝時壓電產量會發生什麼變化，」他補充說。「我們發現魚鱗膠原蛋白的壓電性非常大（~5 pC / N），我們可以通過直接測量來確認。」
除此之外，極化電場磁滯回線和由「非線性」電致伸縮效應引起的逆壓電效應產生的應變 - 電場磁滯迴環 - 支持了他們的發現。
該團隊的工作是生物壓電納米發電機在機械刺激下產生的電力對魚鱗的直接壓電效應的第一次已知演示 - 無需任何後電子極化處理。
「我們非常清楚壓電材料後處理的缺點，」Mandal指出。
為了探索魚鱗膠原蛋白的自我對準現象，研究人員使用近邊緣X射線吸收精細結構光譜，在印度印多爾Raja Ramanna先進技術中心進行測量。
實驗和理論測試幫助他們闡明了生物壓電納米發電機的能量清除性能。它能夠清除幾種類型的環境機械能 - 包括身體運動，機器和聲音振動以及風流。即使用手指反覆觸摸生物壓電納米發電機，也可以打開50多個藍色LED。
「我們希望我們的工作能夠極大地影響自供電柔性電子領域，」Mandal說。「迄今為止，儘管做了一些非凡的努力，但沒有其他人能夠以具有成本效益的單步過程製造可生物降解的能量收集器。」
該小組的工作可能用於透明電子產品，生物相容性和可生物降解電子產品，食用電子產品，自供電植入式醫療設備，手術，電子醫療監測，以及體外和體內診斷，除了它的無數用途便攜電子產品
「未來，我們的目標是將生物壓電納米發生器植入心臟，用於心臟起搏器設備，它將持續從心跳發出電力，用於設備的操作，」Mandal說。「然後它會在不在需要的時候降解。由於心臟組織也是由膠原蛋白組成，我們的生物壓電納米發電機有望與心臟非常相容。」
該組的生物壓電納米發電機也可以幫助靶向藥物遞送，目前正在引起興趣，作為恢復體內癌細胞的方式，並且還刺激不同類型的受損組織。
「因此，我們希望我們的工作對下一代植入式醫療設備具有極大的重要性，」他補充道。
「我們的最終目標是設計和設計由無毒材料組成的複雜可吸收電子產品，這些材料可用於廣泛的診斷和治療應用，」Mandal說。