通过定向界面氢键工程，增强γ-甘氨酸/PVA薄膜中的压电效应的红外光热效应

《Journal of Materials Chemistry C》：Infrared photothermal enhancement of piezoelectricity in γ-glycine/PVA films via targeted interfacial hydrogen bond engineering

通过脉冲红外激光（1588 cm?1和3436 cm?1）定向辐照γ-甘氨酸/PVA薄膜界面氢键，引发局部热膨胀增强分子间作用力，使低压电区域性能提升至8.5 pC N?1（3436 cm?1）和8.1 pC N?1（1588 cm?1），接近理论最大值10.4 pC N?1，为生物压电材料改性提供新方法。

　　

灵活的γ-甘氨酸–聚乙烯醇（PVA）压电薄膜在可植入/可穿戴生物医学设备中具有潜在的应用价值，但由于γ-甘氨酸分子的偶极子自排列随机性，其压电性能较低。在此，我们提出了一种利用红外（IR）光照增强界面氢键的策略来提高γ-甘氨酸薄膜的压电性能。考虑到γ-甘氨酸的羧基（COO^?）与PVA的羟基（–OH）之间的氢键在偶极极化中的关键作用，我们分别使用波长为1588 cm^?1（针对COO^?基团）和3436 cm^?1（针对–OH基团）的脉冲红外激光对薄膜进行选择性照射。这种红外辐照在这些功能团内诱导出强烈的局部光热膨胀，显著拉伸了界面氢键，从而促进了偶极子沿着薄膜厚度方向的排列。这种方法使得压电性能得到了显著提升：在低压电区域，压电常数从3.5 pC N^?1（在1588 cm^?1波长下）提高到了8.5 pC N^?1；在高压电区域，压电常数最高达到了9.8 pC N^?1。经过红外增强的压电性能接近γ-甘氨酸薄膜的理论最大值（10.4 pC N^?1）。这项工作为通过氢键工程途径提高下一代医疗设备的生物压电材料的压电性能提供了有前景的方法。