河北
你有没有想过，生命的基本构件会不会有一天为我们的可穿戴电子设备供电？甘氨酸是我们身体里最简单的氨基酸；它的β相形态有一种超能力：具有很强的压电性，也就是说能把机械压力转化成电能。不过，甘氨酸的这个相态不稳定，通常还没等我们把它用到设备里，就已经变成没有压电性的α相了。我们想知道能不能把这个难以捉摸的相态锁在很小的空间里，让它保持稳定。
我们团队研究了一种叫做“纳米限域”的方法。我们用了一种叫电流体动力学（EHD）喷涂的技术（见上图）。我们用电力把液体溶液拉成很小的液滴，不用物理模具或模板就能生成甘氨酸纳米晶体。这样我们就能研究这些晶体最纯净的形态了。
我们发现，这些晶体存在一个非常特定的“金发姑娘区”（见下图）。通过实验，我们发现当晶体半径在5至120纳米之间时，压电β相保持完美稳定。如果晶体太小，它们会保持为不稳定的团簇。如果大于130纳米，它们会很快失去压电性能。
我们很兴奋能找到这样一个清晰的稳定性图谱。它为我们提供了精确的配方，告诉我们需要将晶体缩小到何种程度才能保持甘氨酸的发电特性。我们的研究结果已发表在期刊《物理学进展报告》上。
为了确认我们的发现，我们使用先进的显微镜技术观察了单个纳米晶体的电响应。结果非常明显：在5至120纳米范围内，这些晶体表现出强烈且一致的压电响应。由于我们使用电场来生成它们，晶体的内部偶极子也自动对齐，这意味着这些材料不需要额外处理就能直接用于传感器或充电器。
我们的工作为观察分子晶体在受限空间中的生长提供了新视角。通过界定这一稳定区间，我们在将生物分子应用于对人体安全的绿色电子器件方面迈出了重要一步。目前，我们正在研究如何将这些稳定的纳米晶体集成到柔性薄膜中，以用于临床医疗传感器。
更多信息： Kexin Zhang 等人，《电场驱动下的纳米限域，以及压电β-甘氨酸在5-120纳米尺度的稳定区间》，《物理学进展报告》（2026）。DOI: 10.1088/1361-6633/ae672b
Zhengbao Yang是香港科技大学的教授。他的团队主要研究振动、压电材料以及能量采集，以支撑自供电系统和柔性电子器件。
Kexin Zhang是香港科技大学机械工程专业的博士生。她主要研究压电/铁电材料、生物材料和生物医学工程。
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