Oriented Strontium Carbonate Nanocrystals within Collagen Films for Flexible Piezoelectric Sensors

材料科学 纤维 生物矿化 无定形固体 复合材料 化学工程 压电 纳米晶 纳米技术 碳酸锶 生物物理学 结晶学 化学 有机化学 工程类 生物
作者
Weijian Fang,Hang Ping,Xinhui Li,Xiaofei Liu,Fuqiang Wan,Bingtian Tu,Hao Xie,Patraic O'Reilly,Hao Wang,Weimin Wang,Zhengyi Fu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (45) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202105806
摘要

Abstract Bone, assembled by mineralized collagen fibrils, displays piezoelectric properties under external stimulation to affect tissue growth. The mineralized collagen fibrils consist of collagen and oriented inorganic nanocrystals. Inspired from the unique structures and piezoelectric effect of mineralized collagen fibrils, the intrafibrillar mineralization of oriented strontium carbonate nanocrystals is achieved in vitro, which also exhibits good piezoelectric properties. The amorphous strontium carbonate precursors penetrate from the gap zones and fill gradually into the whole space within the collagen fibrils, and transform into a co‐oriented crystalline phase. Isolated mineralized collagen fibrils with organized SrCO 3 nanocrystals acquire good flexible properties and inverse piezoelectric responses with an effective piezoelectric coefficient of 3.45 pm V −1 , much higher than individual collagen (1.12 pm V −1 ) and SrCO 3 crystals (0.092 pm V −1 ). These results may indicate that the organic and inorganic components synergistically contribute to the piezoelectric effect of bone. Furthermore, devices of flexible piezoelectric thin films assembled by SrCO 3 mineralized collagen fibrils exhibit a regular open‐circuit voltage of 1.2 V under compressive stress and a stable cycling short‐circuit current of 80 nA under a bending mode. It can also facilitate the development of promising piezoelectric sensors.
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