由于構(gòu)成水伏器件的功能化納米材料間缺乏有效的綁定機制，嚴重制約了蒸發(fā)驅(qū)動的水伏效應(yīng)在可穿戴傳感電子領(lǐng)域的應(yīng)用。在不犧牲納米通道結(jié)構(gòu)和表面功能特性的前提下，顯著提高水伏器件的機械強度和柔性以滿足可穿戴需求是實現(xiàn)水伏效應(yīng)在可穿戴電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。

另一方面，基于具有交疊雙電層納米通道的水伏器件在產(chǎn)電之外還具有離子傳感的潛力，然而目前研究大多都聚焦于水伏產(chǎn)電性能的提升，水伏離子傳感卻被忽視。

近期，蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張珽研究員團隊報道了一種用于柔性可穿戴電子的強韌水伏離子傳感器。利用高分子聚丙烯腈（PAN）對氧化鋁（ Al 2 O 3 ）納米顆粒進行強力的串聯(lián)和綁定（圖1，圖2A-C），使其形成的多孔薄膜具有出色的柔性和機械抗沖擊特性，可以經(jīng)受超過180°的彎曲和9.92 m s -1 的高速水流沖擊（圖2D-F）。更為重要的是，PAN結(jié)構(gòu)穩(wěn)定機制的引入也未對 Al 2 O 3 形成的納米通道結(jié)構(gòu)和表面Zeta電位造成限制。基于該柔性強韌PAN/ Al 2 O 3 薄膜的水伏離子傳感器件展現(xiàn)了高達3.18 V的開路電壓（去離子水中）（圖3）和10 -4 -10 0 M的離子濃度傳感范圍（圖4）。進一步，通過接觸和非接觸式水分收集器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功的將其應(yīng)用于可穿戴多功能傳感器供能和自驅(qū)動汗液電解質(zhì)傳感器的構(gòu)建，實現(xiàn)了基于水伏效應(yīng)的運動健康監(jiān)測（圖4）。該項研究工作突破了傳統(tǒng)水伏器件中功能化納米顆粒組裝中的機械脆性限制，并同時實現(xiàn)了高性能水伏產(chǎn)能和水伏離子傳感，為蒸發(fā)驅(qū)動的水伏效應(yīng)應(yīng)用于可穿戴傳感領(lǐng)域提出了創(chuàng)新思路。

該工作是團隊近期關(guān)于高性能柔性水伏自驅(qū)動傳感相關(guān)研究的進展之一。近年來，團隊始終聚焦于高性能水伏器件設(shè)計制備及其在柔性可穿戴傳感領(lǐng)域的應(yīng)用：利用超吸水凝膠構(gòu)建了便攜式蒸發(fā)驅(qū)動水伏發(fā)電機，突破了水伏發(fā)電機固定水槽的束縛，使水伏器件作為可穿戴電子設(shè)備的柔性電源平臺用于驅(qū)動柔性電子器件; 從熱能捕獲和能量傳導的角度構(gòu)建了具有光熱轉(zhuǎn)換和熱傳導增強的蒸發(fā)驅(qū)動水伏器件，為打破環(huán)境桎梏提升水伏發(fā)電機性能以及設(shè)計柔性可穿戴自供能傳感系統(tǒng)提供了新策略。

來源：傳感器專家網(wǎng)