在科技飞速发展的今天，各类传感设备和智能信息传递正深刻改变着人们的生活，尤其是在医疗健康领域。摩擦纳米发电机（TENGs）作为一种新型能量转换装置，能将人体运动产生的机械能转化为电能，实现设备的自持续运行，避免对传统电池的依赖，在自供电传感器、风能和蓝色能源等领域备受关注。然而，TENGs 自身存在低能量密度和高内阻的问题，限制了其实际应用。
为了解决这些问题，研究人员一直在探索各种策略。其中，开发兼具优异摩擦电性能、良好生物相容性和多功能性的材料成为关键。壳聚糖（CS）作为一种重要的天然聚合物材料，具有诸多优势，如在摩擦电材料中表现出良好的电荷转移性能，能提高 TENGs 的输出性能；其阳离子特性使其具有抗菌性，适合用于医疗应用的自供电传感器；而且 CS 成本低、生物相容性高、可生物降解且易于改性。但目前对 CS-TENG 的改性材料和方法存在一定局限性，往往只能改善其输出性能或机械性能，却可能损害 CS 的固有特性，如生物相容性、透明度和抗菌性等。
在此背景下，某研究机构的研究人员开展了一项重要研究。他们将双金属 Cu/ZIF-8 负载到 CS 薄膜表面，制备出多功能摩擦电材料（Cu/ZIF-8/CS），并基于该复合薄膜制备了 xCu/ZIF-8/CS-TENG（ZC-TENG）。研究取得了令人瞩目的成果，该研究成果发表在《Carbohydrate Polymers》上。这一研究不仅优化了 CS 的表面微观结构，还通过引入双金属组分（Cu/ZIF-8）显著提高了材料的整体性能，实现了综合性能的提升和多功能集成。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。通过透射电子显微镜（TEM）观察 ZIF-8 和 Cu/ZIF-8 粉末的微观特征；利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对 CS 薄膜和 Cu/ZIF-8/CS 复合薄膜进行表征分析；通过抗菌实验评估材料的抗菌性能；通过在手指上粘贴 Cu/ZIF-8/CS 复合薄膜形成传感贴片，测试其在医疗护理监测方面的应用效果。
下面来详细了解研究结果。
- 材料微观结构表征：TEM 观察发现 ZIF-8 和 Cu/ZIF-8 粉末均呈多面体结构，粒径约 160 - 240nm，颗粒表面有可见孔隙。EDS 分析表明，ZIF-8 中 Zn 均匀分布，无 Cu；而 Cu/ZIF-8 中 Zn 和 Cu 均均匀分布。
- 抗菌性能评估：在抗菌实验中，空白对照组细菌群落数量最多，CS 薄膜添加后抑制率为 30.65%。随着 Cu/ZIF-8 负载量从 1wt% 增加到 4wt%，Cu/ZIF-8/CS 复合薄膜的细菌抑制率逐渐上升，分别达到 71.25%、83.23%、90.43% 和 99.93%。
- 医疗护理监测测试：将 Cu/ZIF-8/CS 复合薄膜贴在用户手指上形成传感贴片，通过手指轻敲 FEP 和 Kapton 实现接触和分离过程，会产生不同幅度和方向的电压信号，这些信号可编码成字母，展示了其在医疗护理监测方面的应用潜力。
综合来看，该研究成功将双金属 Cu/ZIF-8 与 CS 复合，形成了多功能摩擦电材料（Cu/ZIF-8/CS）。这一设计显著增强了 TENG 的摩擦电性能和抗菌效果，同时赋予材料优异的拉伸强度、可降解性和可回收性。优化后的 ZC-TENG 开路电压（Voc）可达 281.3V，短路电流（Isc）为 26.4μA，在 3Hz 时最大输出功率密度为 239mW・m⁻²，经过 1300 次循环后电压仍保持稳定，抑菌率达到 83.23%。
该研究成果意义重大，它为解决 TENGs 在实际应用中的难题提供了新的思路和方法。这种多功能的摩擦电材料不仅适用于传统的能量收集，更是一次性自供电医疗传感器的理想选择，极大地拓展了 TENGs 在医疗领域的应用范围，有望推动可穿戴医疗设备的进一步发展，为未来的医疗健康事业带来新的突破。
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