成果简介
为实现适应各种场景的智能传感，迫切需要在不牺牲电化学特性的前提下，具有多种功能的柔性集成电子器件。本文，中国科学院北京纳米能源与系统研究所李琳琳研究员团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Versatile hydrogel towards coupling of energy harvesting and storage for self-powered round-the-clock sensing”的论文，研究以聚丙烯酰胺（PAM）和聚多巴胺（PDA）为基础，通过简便的原位聚合法制备了一种掺杂氧化石墨烯（GO）纳米片的多功能双网络导电 PDA/PAM/GO 水凝胶（简称 PPG 水凝胶）。
这种水凝胶的拉伸度可达约 1100%，可直接用作压阻应变传感器、自供电三电纳米发电机（TENG）的电极和超级电容器（SC）的电解质。自供电和可拉伸的 TENG 能够产生高电输出，从而能够实时感知低水平的人体生物力学活动。组装后的超级电容器可在低至 -20 °C 的宽温条件下，在各种电流密度范围内提供高电容。通过将自供电 TENG 与柔性 SC 集成到一个一体化自充电电源系统中，这个可穿戴的柔性系统可以采集人体的正常活动，实现高灵敏度的生物力学传感，并将多余的能量储存在 SC 中，以便在需要时为小型电子设备持续供电。这项工作为组装可穿戴自驱动系统，实现自供电全天候健康监测提供了一条前景广阔的途径。
图文导读
方案1、 PPG 水凝胶的制造过程、化学结构和应用示意图。
图1、PPG水凝胶的表征。
图2、 PPG-TENG. 的工作原理和输出性能。
图3、 自供电PPG-TENG和基于PPG的压阻式传感器的应用。
图4、超级电容器的性能。
图5、SC的抗冻和洗涤特性。
图6、 (a) 用于电能收集、储存和监测的可穿戴自充电电源系统示意图。在相同电流密度下，单个 SC 和两个 SC（b）串联和（c）并联的 GCD 曲线。(d) 能量供应模式电路图。(e) PPG-TENG 为 SC 充电并为手表供电的充电曲线。(f-h) 演示将连接的太阳能电池板用作驱动LED或电子设备的电源。
小结
综上所述，本文提出了一种多功能、高导电性、柔性、抗冻和自粘性的互穿双网水凝胶，它基于掺杂了 GO 纳米片的三维 PDA 和 PAM 共聚框架。在这种水凝胶的基础上，我们组装了一个自充电电源系统，它可以收集能量并将能量传递给一个可穿戴的超级电容器，从而实现自供电的生物力学传感。该系统实现了TENG和SC的功能互补，可实现日常生理信号的实时检测，提供个性化的实时人体保健。
文献：https://doi.org/10.1039/D4TA06337F
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