在科技飞速发展的现在，各种新奇的材料不断涌现。今天咱们一起来了解一种超厉害的材料——纳米纤维素压电材料——《Fully biodegradable hierarchically designed high-performance nanocellulose piezo-arrays》发表于《SCIENCE ADVANCES》，它在可穿戴设备、植入式医疗设备等领域都有着巨大的潜力，就像一把神奇的钥匙，可能会开启未来科技的新大门呢！那它到底有什么特别之处呢？让我们赶紧一探究竟。

*本文只做阅读笔记分享*

一、压电材料研究背景

大家知道吗？在压电传感和能量收集领域，以前的设备大多依赖无机材料。虽然无机材料很强大，但它们也有缺点，比如不够环保，生物相容性也不太好。天然生物材料不仅环保，还能和我们的身体友好相处，尤其是纤维素纳米晶体（CNCs），更是潜力无限。CNCs就像是大自然赐予我们的宝藏，它有着独特的压电性能，能把机械能转化为电能。但是呢，把CNCs构建成高性能的大尺寸结构，难度可不小，这也限制了它在实际中的应用。不过，科学家们可不会轻易放弃，他们一直在努力寻找解决办法。

二、实验方法

为了让CNCs发挥出更大的作用，科学家们想出了一系列巧妙的办法。首先是材料制备环节。用硫酸水解法制备CNCs，把普通的材料变成了神奇的CNCs，平均直径约8nm、长度约135nm。

然后把CNCs和PVA混合，得到CNCsPVA材。接着通过软模压印光刻（S-IL）法对CNCsPVA进行图案化处理，让材料拥有了独特的微观结构。

在器件制作方面，科学家们也花费了不少心思。制作了PDMS封装器件和可生物降解的CNCsPVA器件，尤其是可生物降解的CNCsPVA器件，把CNCsPVA夹在钼箔之间，再用聚乳酸（PLA）封装，就像给它穿上了一件坚固又环保的防护服。

最后是性能表征，科学家们运用了多种先进的“探测武器”，像FTIR、SEM、XRD、AFM等，从不同角度对材料和器件进行观察和分析。还通过细胞实验评估生物相容性和生物可吸收性，在猪心脏上进行体内实验评估性能，确保它们足够优秀。

三、实验结果

经过科学家们的努力，实验取得了超棒的成果！先看看材料特性方面，CNCs在PVA里分散得可均匀啦。

而且用S-IL法图案化CNCsPVA的时候，图案转移的保真度超高，就像用复印机复印文件，几乎一模一样。

再来说说压电性能，这可是重头戏！科学家们找到了CNCsPVA的最佳组成。图案化之后，压电性能大幅提升，NP-1型器件更是表现出色，各项指标都非常优秀。多层结构的设计更是让能量收集能力进一步增强，最高输出功率密度达到了，这就像给小发电站升级了，发电能力大大提高。

还有生物相容性与应用方面，CNCsPVA和两种细胞系都能友好相处，生物相容性超棒。它在体内外都能大显身手，能为LED供电；还能检测脉搏，像一个贴心的健康小卫士；在心脏上也能实现能量收集和传感，简直太神奇啦！

四、研究结论

开发的方法能制备出具有出色压电性能的纳米图案化 CNCsPVA 阵列，该平台在能量收集和压电传感领域应用前景广泛，为基于压电生物材料的高性能组件设计提供了有效途径。

五、一起来做做题吧

1、关于压电材料研究背景，以下说法正确的是？（ ）

A. 压电传感和能量收集设备一直使用天然生物材料

B. 无机压电材料具有生物相容性好的优点

C. 纤维素纳米晶体（CNCs）因难以构建大尺寸高性能结构限制了应用

D. 蛋白质等天然生物材料不具备压电性

2、在实验方法的材料制备中，制备 CNCs 使用的方法是？（ ）

A. 碱水解法

B. 硫酸水解法

C. 物理研磨法

D. 高温煅烧法

3、关于实验结果中的压电性能，下列说法错误的是？（ ）

A. 图案化对 CNCsPVA 的压电性能没有影响

B. NP - 1 型器件压电性能表现出色

C. 多层结构可增强能量收集能力

D. 存在 CNCsPVA 的最佳组成以实现较好压电性能

4、在生物相容性与应用方面，CNCsPVA 不具备以下哪种能力？（ ）

A. 与细胞友好相处

B. 在体内实现能量收集

C. 检测脉搏

D. 只能在体外发挥作用

5、从研究结论来看，该研究的重要意义在于？（ ）

A. 只是发现了一种新的材料，没有实际意义

B. 为压电可持续材料设计提供新方向

C. 仅证明了 CNCsPVA 在实验室的可行性，无法应用

D. 对传统压电材料研究没有影响

参考文献：

Sujoy Kumar Ghosh et al. Fully biodegradable hierarchically designed high-performance nanocellulose piezo-arrays. Sci. Adv.11, eads0778(2025).