北京
新型水凝胶可穿戴发电器件经受8000次弯曲，同时保持稳定的电输出。
中国研究人员开发出一种完全可拉伸的湿气驱动发电机，旨在让可穿戴电子设备即使在反复弯曲和拉伸下也能持续运行。
哈尔滨工业大学的团队表示，该器件克服了水凝胶基湿气发电机面临的最大挑战之一——水凝胶与电极层之间的弱粘附力。不良的界面结合常常导致器件在形变过程中电输出不稳定和机械失效。
水凝胶湿气发电机能够将环境中的湿气转化为电能，同时保持柔软和可弯曲，因而受到越来越多的关注。此类系统正被探索用于可穿戴电子设备、植入式器件以及需要轻量化和持续电源的健康监测技术。
然而，许多现有系统在反复拉伸、扭转或弯曲后很难维持稳定的输出。研究人员表示，水凝胶与电极之间较弱的界面相互作用通常会增大电阻，引起层间分离，从而限制电性能与长期耐久性。
拉伸而不损失性能
为解决这一问题，研究人员设计了一种高粘附性水凝胶，用以增强功能层与电极之间的界面。他们将水凝胶在水-甘油溶剂中溶胀，并与液态金属和可拉伸银电极集成，构建出该发电机。
研究显示，甘油的加入暴露了水凝胶内部更多的氢键基团，增加了水凝胶与电极之间的接触点。这改善了粘附力，同时降低了界面电阻，有助于离子在受力状态下更高效地在器件内迁移。
研究人员还发现，甘油提高了水凝胶的抗干燥、抗冻和抗溶胀性能，使其能在不同环境条件下长期稳定工作。
团队通过实验和仿真相结合的方式验证了系统性能。他们报告称，与传统结构相比，这种粘附性水凝胶降低了界面阻抗，并提升了离子输运效率。
借助从头算分子动力学（AIMD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算，研究人员进一步证实，增强的水凝胶-电极界面实现了更快的离子迁移，并降低了离子运动的能垒。
面向可穿戴设备的设计
研究人员称，该器件的输出电压超过0.94伏，电流密度达到每平方厘米141微安。团队表示，即便系统受到反复形变，电输出仍保持稳定。
该发电机还展现出优异的机械耐久性。在1040次拉伸循环后，系统依然稳定运行。即使在180度角度下经历8000次弯曲循环，研究人员观察到的性能衰减也几乎可以忽略不计。
研究人员相信，这项技术可为那些在日常运动中需要柔性且稳定能源的可穿戴电子设备提供支撑。研究中提及的潜在应用包括呼吸监测系统和自供能健康传感器。
通过稳定水凝胶-电极界面，研究人员表示，这项工作为提升软电子系统的可靠性提供了一种更广泛的策略。在这些系统中，机械应力往往会随时间推移损害性能。该方法还有助于指导未来柔性能量器件的开发，使其能够在苛刻的环境和机械条件下工作。
该研究发表在《纳微快报》（Nano-Micro Letters）期刊上。
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