據麥姆斯咨詢介紹，印度納米科學技術研究所（INST）微流控研究實驗室的研究人員開發(fā)了一種液滴微流控技術，可以生產出具有高電活性（EA）相的微球，進而制造面向可穿戴應用的自供電壓電傳感器，監(jiān)測各種生理信號。
聚合物微球因其增大的表面積和增強的界面性能而備受關注。然而，現(xiàn)有微球的生產方法存在形狀不規(guī)則及能耗要求高等缺點。為了解決這些局限性，具有可調諧能力、尺寸和形狀控制、高效等優(yōu)點的微流控技術應運而生。過去幾年來，通過微流控技術生產出了聚偏二氟乙烯（PVDF）微球，但其中的高電活性相仍然是一個挑戰(zhàn)。
本研究PVDF微球的整體工作及其應用示意圖
INST研究人員采用液滴微流控結合片外熱聚合技術，合成了可調PVDF微球，以設計高電活性相。所獲得的微球表現(xiàn)出均勻性和單分散性，具有較窄的尺寸分布。
研究人員通過微流控裝置中油和聚合物溶液的流速設計出微球高電活性相，并進行了廣泛的表征，以驗證微球的壓電響應。
研究小組實現(xiàn)了微球的均勻性和尺寸控制（126~754 μm）。通過調整流速和優(yōu)化反應溫度，電活性相提高了約82%。此外，人工智能（AI）作為重要工具，能夠準確預測微球的直徑和相位，從而減少了在微流控裝置生成液滴之前進行大量實驗室優(yōu)化的需求。這項研究成果已發(fā)表于Elsevier的Chemical Engineering Journal期刊。
作為概念驗證，研究人員探索了PVDF微球在柔性壓電器件領域的應用。這種柔性壓電器件通過可穿戴設備可與人體的不同部位（如肘部、膝蓋等）無縫貼合。它們能夠根據特定的身體運動，以不同的速率承受不同程度的壓縮，進而利用身體運動產生的原本全部浪費的能量。事實證明，這種壓電器件產生的電響應非常可觀，能提供足夠的輸出電壓（約23V）來運行低功耗設備。
這項技術為從人體運動中高效采集能量開辟了新途徑，為開發(fā)可持續(xù)的自供電可穿戴設備鋪平了道路。這種方法具有眾多優(yōu)勢，包括簡單、成本效益高、效率高且可控性強，因此在生物醫(yī)學領域、自供電器件等方面的應用意義重大。這項研究凸顯了微流控、聚合物科學和人工智能的協(xié)同潛力，推動了智能材料的新發(fā)展。
利用片外熱聚合技術在微流控裝置中加工PVDF微球的過程示意圖
（a）注入染料的微反應器，以提高微通道的可見度；（b）PVDF微球。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151986
