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一种新型超快速打印机用于大规模组装压电生物材料

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NanAn,MingtongChenandZhengbaoYang

aTheHongKongUniversityofScienceandTechnologyHongKong,SAR999077,China

ARTICLEINFO摘要

Keywords:我们提出了一种模块化、快速且大面积制造生物压电薄膜的方法。该技术基于通过在导电尖头金属

压电生物材料盘上施加高压电场形成锥形喷射模式。以及通过纳米限制并结合原位极化效应实现生物分子材料的

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自组装过程。这项工作实现了高达9.2×10m/s的打印速度，仅使用了两个喷头。同时，模

超快打印机块化设计使得MLSP能够理论上达到无限的打印效率。它还为不同的打印需求提供了灵活的配置

电液压喷雾选项，例如准备不同面积和形状的薄膜。简而言之，MLSP展示了压电生物材料进行超快速、大规

模组装的能力。作为制造生物压电薄膜的通用适用生物装置显示出了良好的潜力。

1.介绍三种不同多晶型的最简单的氨基酸，即、和-甘

氨酸[21]。已经表明，和甘氨酸表现出极强的压

自从居里兄弟于1880年在单晶罗谢尔盐中发现

电性[22]。因此，使用甘氨酸作为原料，已经尝试了

压电效应以来，它就受到了广泛和深入的研究[1]。这

本制造和应用生物分子结构的各种可能性。Hosseini等

种效应允许电能和机械能之间的转换，并基于非中心

译人提出了一个以Glycine-Chitosan为基础的-甘氨

对称晶体材料的内在性质[2]。当受到机械力作用时，

中压电材料会发生变形，导致正负电荷中心随力的方酸晶体薄膜[23]。Yang等人开发了一种三明治结构

1的-甘氨酸晶体膜，使用聚乙烯醇（PVA）作为基底

v向改变，从而产生自发极化效应。这会导致正负电荷

7聚集在压电材料表面，形成压电势[3]。一个多世纪以[10]。然而，现有的自组装策略在制备甘氨酸压电材

6料时仍然存在许多限制，畴结构的排列通常需要很

1来，对压电效应的研究已带来了许多在执行器、传感

5长（24-48小时）的时间，并且在生物分子[23,24]结

1.器、能量收集和催化领域的应用[4,5,6,7,8]。以锆晶过程中对活性结晶的控制有限。这无疑限制了大

7钛酸铅（PZT）为代表的陶瓷压电材料已被广泛商业

0化，但由于原材料中铅的固有毒性，在生产和使用以规模组装和实现生物分子材料宏观压电性的可能性。

5这里，我们设计了一种模块化的大型超快打印

2及回收过程中会对生物和环境造成严重危害[9]。尽

:策略（MLSP），可用于压电薄膜的制造。它基于电液

v管无铅陶瓷压电材料解决了上述问题，但无机压电

i喷射方法。打印机的