【儀表網 研發快訊】近日，山東大學集成電路學院研究員王凌云與化學與化工學院教授于偉泳合作，在可穿戴能量收集及柔性傳感領域取得突破性進展。他們成功研制出基于多孔石墨炔復合材料的摩擦納米發電機，相關成果已發表于國際權威期刊《Chemical Engineering Journal》。
這項技術不僅能夠高效收集環境中的微小機械能，還能實現自供電的多功能傳感，為下一代可穿戴電子設備的發展開辟了新路徑。
科研團隊面臨的挑戰是如何開發出既具有優異電學性能又保持良好柔韌性的可穿戴能量收集材料。傳統材料往往在輸出性能或長期穩定性方面存在局限，難以滿足實際應用需求。
王凌云與于偉泳教授聯合團隊創新性地采用簡便的澆鑄和溶劑萃取方法，成功制備出多孔石墨炔/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(GDY/PVDF-HFP)以及氧化石墨炔/PVDF-HFP(GDYO/PVDF-HFP)復合薄膜。
這些薄膜材料具有獨特的多孔結構和優異的物理化學特性，為高性能可穿戴摩擦納米發電機的開發提供了理想基礎。
這種基于石墨炔復合材料的摩擦納米發電機表現出令人矚目的電氣輸出性能。實驗數據顯示，器件能夠輸出70-80V的開路電壓和12-14 mA/m²的短路電流密度，最大瞬時功率密度可達4.35 W/m²。
相較于目前大多數已報道的基于二維復合材料的摩擦納米發電機，這一性能表現顯著更優。更為重要的是，經過22,000次循環運行測試，器件沒有出現任何性能衰退，展現出卓越的長期穩定性。
這一突破性進展意味著該技術不僅輸出能力強，而且耐用可靠，完全滿足實際穿戴應用的需求。
研究團隊將這一創新技術應用于多個實際場景中，展示了其廣泛的應用潛力。他們將基于石墨炔復合材料的摩擦納米發電機集成到口罩中，開發出自供電呼吸傳感器。
這種智能口罩能夠實時檢測佩戴者的呼吸狀態，甚至實現語音識別功能。當固定在手指關節處時，傳感器可以通過檢測手指彎曲的時間長短，輸出相應的寬峰和尖峰信號，進而實現對摩爾斯電碼的準確識別。
此外，利用多孔復合薄膜的獨特物化特性，該器件還表現出對揮發性有機化合物(VOCs)的檢測能力，拓展了其在環境監測領域的應用前景。
王凌云和于偉泳教授團隊的研究不僅局限于單一器件開發，還對整個可穿戴化學傳感器領域進行了系統性總結。
他們在《Science China Materials》期刊上發表了題為“Revolutionizing healthcare： the next generation of wearable chemical sensors for personal health monitoring”的綜述文章。
文章系統總結了生物傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器和離子傳感器四大類可穿戴化學傳感器的最新進展，深入探討了各類傳感器的材料選擇、器件結構和工作機制。
這篇綜述全面概述了當前的研究現狀，指出了面臨的挑戰，并提出了可穿戴化學傳感器在個人健康監測領域的未來發展方向，為該領域的科研工作提供了重要參考。
隨著這項技術的進一步發展，我們可能會看到內置自供電傳感器的智能衣物，它們能夠監測穿著者的呼吸、心率和運動狀態，甚至檢測周圍環境中的有害氣體。
也許不久后，我們的日常口罩將不僅僅是防護用品，更是個人健康監測的第一道防線，實時分析呼吸模式，預警潛在健康風險。
手指的一個簡單彎曲動作可能不再只是肢體語言，而可以轉化為數字信號，操控智能設備，甚至在沒有網絡的情況下發送求救信息。
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