受胃运动启发的碳纳米管，用于收集器官运动的机械能

摘要：本文，韩国汉阳大学Shi Hyeong Kim、Joonmyung Choi等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Gastric fold-inspired Microwrinkled Carbon Nanotube Sheets for Harvesti

1成果简介

本文，韩国汉阳大学Shi Hyeong Kim、Joonmyung Choi等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Gastric fold-inspired Microwrinkled Carbon Nanotube Sheets for Harvesting Mechanical Energy of Organ Motion”的论文，研究提出了一种能够将多向机械能转化为电能的化学机械能收集器。受人类胃部皱纹形态和行为的启发，作者提出了一种微皱纹碳纳米管（CNT）薄片能量收集器（MCSH），它具有极低的模量（43.9 kPa），能够稳定地重复展开和折叠运动。

MCSH 的展开和折叠循环产生的能量归因于弛张离子效应，这一概念与传统的压电效应相反，其基本机制通过电化学分析得以阐明。通过优化预应变水平，MCSH在0.1M HCl 中实现了11.6 mV的最大开路电压（OCV）变化和 112.5A kg-1 的峰-峰电流。此外，我们还成功地展示了一种多向能量收集器，它可以在模拟体液环境中根据人胃模型的多向膨胀反复产生电能（0.24W kg-1）。

2图文导读

图1. (a) (i-iv) Fabrication process of the MCSH. (b) Schematics of the gastric folds (i) before and (ii) after unfolding the wrinkles and the MCSH (iii) before and (iv) after multidirectional stretching to 150%. (c) Optical images of the MCSH (i) before and after (ii) twisting, (iii) bending, and (iv) unidirectional stretching. (d) Strain–stress curves for the MCSH (black: 1st cycle, red: 100th cycle). (e) Electrical resistance graph during repeated stretching and release to 150% for five cycles。

图2. 在 0.1 M HCl中与预应变有关的采集性能的特征

图3. (a) MCSH150% 的 b 值。插图显示了以不同扫描速率测量的 LSV 图。(b) MCSH 在未拉伸（黑色）和以2Hz 拉伸至140%时的CV曲线（红色）。(c) MCSH 在 0.1 M HCl 溶液中拉伸至140%时的拉曼光谱。(d) 显示 CNT 表面形成的 EDL 变化的概念图。CNT的电化学电位 (φ) 显示了 (i) CNT 相邻时和 (ii) CNT 相距较远时的电化学电位。橙色圆圈代表氯阴离子。

图4. 在器官模拟系统中应用 MCSH150%的特点。

3小结

作者展示了一种新型化学机械能收集器--MCSH，专门用于将多向机械能转化为电能。受人体胃部皱纹的启发，MCSH 具有低模量的特点，可实现重复的展开和折叠运动，与器官的多向扩张相一致。在所有拉伸方向上，MCSH的 OCV变化高达11.6mV，峰值电流为112.5A kg-1。此外，经过优化的MCSH 还能在模拟体液环境中对人体胃部模型的多向膨胀做出有效的能量产生反应。这些结果凸显了它作为可穿戴和植入式医疗设备的可持续电源的潜在应用前景，它能有效地从器官运动中获取生物机械能。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119869