Topological Nanofibers Enhanced Piezoelectric Membranes for Soft Bioelectronics

生物电子学 材料科学 压电 纳米纤维 纳米技术 拓扑(电路) 生物传感器 复合材料 工程类 电气工程 生物 遗传学
作者
Boling Lan,Xiao Xiao,Aiden Di Carlo,Weili Deng,Tao Yang,Long Jin,Guo Tian,Yong Ao,Weiqing Yang,Jun Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (49) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/adfm.202207393
摘要

Abstract Electrospun piezoelectric membranes are compelling building blocks for constructing wearable bioelectronics. However, the efficiency of electromechanical conversion over a wide bandwidth is still insufficient due to the restriction between fiber dipole alignment and energy absorption. Topology optimization is a mathematical method that lets us optimize the layout of a system to maximize its performance given a set of boundary conditions and constraints. Here, topological designs as a reinforcement mechanism are developed to enhance the electromechanical response of electrospun piezoelectric membranes. The topologically optimized membranes show a 300% increase in electric output and a 478% increase in frequency response range compared with traditional electrospun membranes. With the optimized piezoelectric membrane design, the developed textile acoustic sensors can capture the human voice for speech recognition with a classification accuracy of up to 100% with the help of deep learning. Because of the universality and superiority of this new topologically optimal design, it represents a milestone in designing electrospun membranes for electromechanical conversion and high‐performance soft bioelectronics.
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