光敏性类病毒介孔二氧化硅用于增强葡萄膜黑色素瘤的内化及光动力疗法

《Materials & Design》：Photosensitive virus-like mesoporous silica for enhanced uveal melanoma internalization and photodynamic therapy

可持续的压电复合材料开发与性能优化

　　随着全球对可持续能源解决方案的日益关注，研究者们正在积极探索能够从环境中收集能量的新材料。这些材料不仅需要具备高效的能量转换能力，还应满足环保和可再生的要求。在这项研究中，科学家们提出了一种由生物增强的PDMS（聚二甲基硅氧烷）和BaTiO?（钛酸钡）组成的复合材料，其中添加了从农业废弃物中提取的枣椰叶纤维（DPLF）。这种复合材料在提高耐用性的同时，还提升了能量收集性能，并有效利用了农业废料，为可持续电子设备的发展提供了新的思路。

PDMS作为一种聚合物基质，因其高柔韧性、低杨氏模量、透明性、生物相容性和易于加工的特性，被广泛应用于可穿戴和柔性电子设备中。然而，PDMS本身并不具备压电性能，因此需要通过添加压电活性填料来增强其功能。BaTiO?作为一种无铅的铁电陶瓷材料，具有较高的介电常数和良好的极化响应，是提升复合材料压电性能的重要选择。将BaTiO?与PDMS结合后，材料在机械变形时能够产生电场，从而实现机械能向电能的转换。而DPLF的引入则进一步增强了材料的结构稳定性，并改善了其介电性能，这为实现高效、环保的压电能量收集装置奠定了基础。

研究团队通过溶液浇铸法制造了不同DPLF含量（0%至10%）的复合材料，并对其结构、机械、介电和压电性能进行了系统分析。结果表明，随着DPLF含量的增加，BaTiO?颗粒的分散性显著提高，从而提升了材料的性能。当DPLF含量达到7.5%时，复合材料表现出最佳性能，其输出电压高达6 V，功率密度为13 μW/cm2，杨氏模量提高了180%，同时介电性能也得到了显著改善。这些数据表明，DPLF的添加不仅增强了材料的机械强度，还促进了更高效的能量转换。

此外，该复合材料在50万次循环测试中表现出良好的稳定性，输出性能仅有轻微下降，这说明其在长期使用中具有较强的耐用性。通过实验验证，该材料能够为绿色LED供电，证明了其在低功耗、自供电电子设备中的实际应用潜力。这些结果表明，DPLF增强的PDMS/BaTiO?复合材料有望成为新一代能量收集装置的理想材料，不仅满足了对高性能的需求，还符合可持续发展的目标。

在实验过程中，研究团队采用了一系列先进的表征技术，包括X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）等，以深入了解复合材料的微观结构及其对性能的影响。XRD分析结果显示，DPLF的添加并未改变BaTiO?的晶体结构，但其与PDMS之间的界面相互作用可能对材料的压电性能产生了积极影响。FTIR分析则揭示了DPLF与PDMS及BaTiO?之间的化学相互作用，进一步支持了其在提升介电性能方面的作用。SEM图像则直观地展示了DPLF如何促进BaTiO?颗粒的均匀分布，避免了颗粒聚集现象，从而提高了材料的整体性能。

从机械性能来看，随着DPLF含量的增加，复合材料的杨氏模量显著上升，而断裂伸长率则相应下降。这一现象表明，DPLF的添加增强了材料的刚性，但同时也限制了其柔韧性。尽管如此，这种刚性增强对能量收集装置来说具有重要意义，因为它有助于更有效地传递机械应力至BaTiO?颗粒，从而提高能量转换效率。在实际应用中，如果材料需要具备更高的结构稳定性，那么这种增强效果尤为关键。

介电性能的提升同样得益于DPLF的引入。研究显示，随着DPLF含量的增加，复合材料的介电常数在低频下显著上升，而高频下的介电常数则趋于稳定。这种行为与界面极化效应密切相关，即DPLF与PDMS、BaTiO?之间的界面相互作用促进了电荷的存储和转移。此外，介电损耗和损耗角正切的变化也进一步说明了DPLF在改善材料的电性能方面的作用。这些特性为复合材料在压电能量收集领域的应用提供了坚实的理论基础。

在能量收集性能方面，研究团队通过实验评估了不同DPLF含量的复合材料在机械激励下的表现。结果表明，DPLF含量为7.5%的复合材料在能量转换效率、输出电压和功率密度等方面均表现最佳。这一性能提升主要归因于DPLF对机械能的高效传递以及对介电性能的增强作用。此外，该复合材料在人体运动和手动操作等实际机械激励条件下仍能保持稳定的输出电压，表明其在实际应用中具有较高的适应性和可靠性。

在长期耐用性方面，该复合材料在50万次循环测试中仍能保持较高的性能稳定性，尤其是其介电常数和输出电压的下降幅度远小于未添加DPLF的对照组。这一结果说明，DPLF的加入有效缓解了材料在长期使用中的性能衰减问题，提高了其在实际环境中的适用性。此外，通过与传统压电材料的对比，该复合材料展现出更高的能量转换效率，特别是在未经过电极极化的情况下，仍能实现40.5%的转换效率，这在一定程度上表明了其优异的机电耦合能力。

从环保角度来看，DPLF的使用不仅减少了农业废弃物的处理压力，还为可持续电子材料的开发提供了新的方向。枣椰叶纤维作为一种天然资源，其来源广泛且易于获取，为大规模生产提供了可能。同时，该材料的制备过程对环境的影响较小，符合当前绿色电子技术的发展趋势。因此，这种复合材料不仅在性能上表现出色，还具备显著的环保优势。

本研究的成果为压电材料的可持续发展提供了新的思路。通过合理利用农业废弃物，研究人员成功开发出一种兼具高机械强度和良好压电性能的复合材料。这种材料不仅适用于自供电的传感器和可穿戴设备，还可能在未来能源收集技术中发挥重要作用。未来的研究方向包括进一步优化DPLF的取向和表面处理，以提升其在复合材料中的性能表现。同时，探索该材料在不同应用场景中的潜力，如医疗设备、智能服装和环境监测系统等，也将是重要的研究课题。

总之，这项研究通过将枣椰叶纤维引入PDMS/BaTiO?复合材料，成功开发出一种具有高能量转换效率和良好机械性能的可持续材料。这种材料不仅为未来的绿色能源技术提供了新的可能性，也为减少电子废弃物和促进环保发展做出了积极贡献。随着对可持续材料需求的不断增长，这种复合材料的应用前景十分广阔，有望在未来的能源收集和电子设备领域发挥重要作用。