适用于心脏起器应用的即时压电纳米发电机
Derui Wang1, Wenjian Liu1, Long Gu1
1Department of Materials Science and Engineering, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI 53706, USA.
Nano energy
|March 31, 2025
概括
这项研究引入了一种改进的纳米发电机 (NG),可显著提高可植入设备的功率输出. 增强的压电纳米发电机 (PENG) 可以更快地充电设备,从而使自动供电的节拍器能够使用心跳来充电.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 收集能源 收集能源
背景情况:
- 植入式纳米发电机 (NG) 为心血管植入式电子设备 (CIED) 提供了一条通往自给自足的电力之路.
- 机械能转化为电能的低转换效率阻碍了天然气用于充电储能的实际应用.
研究的目的:
- 开发一个增强的压电纳米发电机 (i-PENG) 设计,以克服传统PENG的效率限制.
- 为了证明i-PENG能够快速充电用于生物医学应用的储能元件.
主要方法:
- 设计了一个即时压电纳米发电机 (i-PENG) 来放大来自普通PENG的输出峰值.
- 将i-PENG与整流器和微电容器集成,以创建一个独立的电源系统.
- 通过将其植入猪的心脏表面来测试集成系统的性能.
主要成果:
- 与普通PENG相比,i-PENG设计实现了大约7倍的输出振幅.
- 增强的电能输出导致电容器充电速度大幅提升.
- 集成系统在13分钟内将100μF电容器充电到4V的猪心脏.
结论:
- 根据i-PENG的设计原理,可以有效地增加用于供电植入式生物医疗设备的压电能输出.
- 开发的系统成功运行了商业节拍器,证明了其实际可行性.
- 这项工作为使用增强的压电能量采集的自动供电植入式设备铺平了道路.
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