近十年来,随着智能柔性可穿戴设备在医疗健康监护、人机融合、人工智能等领域的广泛应用,柔性电子技术 向 智能化、集成化、多功能化的方向快速发展。尽管柔性电子器件在降低功耗方面取得了重要进展,但能源的供给和消耗依然是柔性电子发展最关键的限制因素,研究开发基于新型能源高效采集的自主式供电柔性传感器成为柔性智能电子的重要研究方向。 众所周知,地球表面 70 %以上都被天然水体覆盖,是含量最丰富的资源之一。无论地理位置或环境条件如何改变,天然水都可以通过吸收热能而自发地流 动和蒸发。通过纳米结构与水的流动、 波动、滴落和蒸发直接相互作用来发电的 能量转换效应,被称为水伏效应( hydrovoltaic effect ),这种效应 为 解决柔性传感系统 的 能源可持续供给提供 了新的思路 。然而,如何在变形条件下实现稳定发电和高输出功率,并实现 轻量化、柔性化可穿戴传感微系统 依然面临很多挑战。 针对上述挑战, 中国科学院苏州纳米所 的张珽研究 团队通过水源形态以及器件结构设计,制备了一种具有优秀的便携性、柔性和稳定性的水伏发电机,并作为柔性电子器件能源供给平台构建了柔性可穿戴自供能传感系统。 通过采用聚乙烯醇( PVA )将功能化碳纳米颗粒 (FCB) 绑定到三维海绵骨架 (3DS) 上,并进一步将得到的 PVA@FCB@3DS 薄膜与固体高吸水性水凝胶共组装,构建了 HPG 。基于构建的 PVA@FCB@3DS 薄膜上的具有交叠双电层( EDL )纳米通道, HPG 可以利用水的自发蒸发将周围的热量连续转换为电能,而无需任何外部能量供应,其 V oc 和 I sc 分别达到 0.658 V 和 63 μA 。此外,柔性 HPG 可以在较大范围的弯曲应变的状态下,保持稳定的产电性能。该便柔性携式水蒸发驱动的 HPG 突破了之前水伏发电机固定水槽的束缚,可以作为柔性可穿戴电子设备的柔性电源平台用于器件的能量供给,推动了水伏发电技术的器件形式和应用领域的进步。