含羞草種子打造環保自充電超級電容 醫療植入裝置新曙光

當前電子產業普遍使用的無機壓電材料，不僅缺乏生物相容性，更對地球環境造成嚴重汙染。為瞭解決這個問題，近年來研究人員積極開發以有機材料為基礎的新型發電裝置，希望能為醫療植入物、穿戴式電子產品和機器人提供更安全、環保的能源解決方案。

印度理工學院卡拉格普爾分校材料科學中心的研究團隊近期發表一項突破性研究，他們利用含羞草種子開發出一種多功能裝置，既能作為生物壓電奈米發電機，又可當作自充電式超級電容。這項發表在《化學工程期刊》的研究成果顯示，該裝置不僅效率驚人，對環境的影響也遠低於傳統技術。

研究團隊主持人Bhanu Bhusan Khatua教授表示：「這項研究的初衷是為瞭解決醫療植入裝置（如心律調節器、神經刺激器）和穿戴式電子產品的供電問題。傳統鉛基壓電材料存在毒性風險，且不可生物降解的特性可能引發手術併發症，促使我們轉向研究含羞草種子這種天然、可食用且資源豐富的綠色替代方案。」

這項研究主要達成三大目標：首先開發出能利用含羞草種子水凝膠收集機械能（如手指按壓）的生物壓電奈米發電機；其次設計出以RGO/NiZTO為電極的自充電超級電容；最終將這兩種功能整合成單一生物相容裝置，可自主為醫療植入物和穿戴裝置供電。

Khatua博士解釋：「含羞草種子粉末中的微管蛋白、糖基黃酮等成分含有大量-OH官能基，這些基團透過分子間氫鍵連線，能在機械應力作用下將形變轉化為電能。這種獨特的分子結構正是我們裝置的發電原理。」

這項技術的最大優勢在於使用可食用的含羞草種子，完全避免了傳統無機材料的毒性問題。實驗資料顯示，該裝置作為壓電發電機時可產生13.5V電壓和2.98μA電流，壓電係數達24pC/N，能量轉換效率更高達40.2%。作為超級電容時，經過6,000次迴圈仍能保持87.5%的電容量，在1200W/kg功率密度下可實現125.4Wh/kg的能量密度。

「這項技術將使心律調節器等植入裝置不再需要冒險更換電池，」Khatua博士強調，「同時也能推動健康監測和物聯網感測器的發展，減少對有毒材料的依賴，實現真正的迴圈能源系統。」

研究團隊未來將著重於提升裝置量產可行性，並測試其在實際醫療和穿戴裝置中的應用。由於含羞草種子水凝膠具有生物可降解特性，團隊也計劃透過結構改良來增強其壓電響應。Khatua博士補充：「我們將繼續探索結合壓電、摩擦電和太陽能採集的混合系統，開發更多元的能源解決方案。」

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