柔性可穿戴電子設(shè)備在智能機(jī)器人、電子皮膚和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛力，因其便攜性、可拉伸性和生物相容性而備受關(guān)注。由剛性材料制成的傳統(tǒng)傳感器具有在循環(huán)應(yīng)變期間和存在環(huán)境危害時(shí)電輸出信號(hào)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。盡管由外部電池供電的應(yīng)變傳感器受到了相當(dāng)大的研究關(guān)注，但頻繁的充放電循環(huán)嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，高靈敏度、環(huán)境穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能和自供電能力已成為可穿戴設(shè)備的基本要求。然而，制備具有這些特性的多功能電子器件具有挑戰(zhàn)性。

目前對(duì)自供電柔性傳感器的研究主要集中在壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）、摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）和熱電發(fā)電機(jī)（TEG）。其中，基于塞貝克效應(yīng)的TEG可以將人體產(chǎn)生的熱量持續(xù)轉(zhuǎn)化為可再生電能，從而解決多功能傳感器的自供電問題。然而，由無機(jī)熱電材料制成的TEG具有較差的拉伸性能，這限制了監(jiān)測人類活動(dòng)的信號(hào)收集。近年來，通過結(jié)合有機(jī)聚合物和離子液體、聚電解質(zhì)和無機(jī)鹽制備的離子水凝膠獲得了顯著的關(guān)注，它們的塞貝克系數(shù)約為mV K?1。溫度梯度導(dǎo)致電解質(zhì)中陽離子和陰離子的遷移率不同，從而產(chǎn)生能夠獲得低溫?zé)崮艿碾妷翰?。離子凝膠內(nèi)的聚合物分子鏈相互連接或糾纏，形成致密的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的機(jī)械性能并提供離子遷移通道。結(jié)構(gòu)間隙中的陰離子和陽離子通過與聚合物的官能團(tuán)形成配體鍵而充當(dāng)電解質(zhì)，并分散在整個(gè)離子凝膠中以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)響應(yīng)。因此，由于離子導(dǎo)電水凝膠基熱電發(fā)生器具有良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的熱電電壓，因此適合于制造柔性自供電傳感器。

細(xì)菌纖維素（BC）是一種由木糖醋桿菌生物合成的生物聚合物，具有大規(guī)模生產(chǎn)、優(yōu)異的機(jī)械性能和豐富的多孔微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，可作為制備離子凝膠的堅(jiān)固支撐材料。BC通過機(jī)械交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián)和特征修正已廣泛應(yīng)用于電池、超級(jí)水凝膠以及其他儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換應(yīng)用。在納米級(jí)水平上，強(qiáng)大的表面效應(yīng)和分子相互作用可以適應(yīng)不同的流動(dòng)場景，并為低級(jí)別的熱收集提供豐富的機(jī)會(huì)。因此，離子-纖維素和協(xié)同的離子-離子相互作用可以促進(jìn)離子束的離解，并導(dǎo)致離子在熱梯度下的選擇性遷移，從而產(chǎn)生優(yōu)異的熱電響應(yīng)性能。

本文亮點(diǎn)

1. 本工作報(bào)道了一種2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）-氧化羧化細(xì)菌纖維素（TOBC）配位雙網(wǎng)絡(luò)離子熱電水凝膠，該水凝膠以雙（三氟甲烷）磺酰亞胺鋰（LiTFSI）作為熱擴(kuò)散的離子提供方，因?yàn)長iTFSI表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能，在20K的溫差下具有高達(dá)538 nW的功率輸出。

2. 離子和水凝膠基質(zhì)之間的相互作用促進(jìn)了導(dǎo)電離子的選擇性傳輸，產(chǎn)生11.53 mV K?1的高塞貝克系數(shù)。

3. 聚丙烯酰胺（PAAm）網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的氫鍵和TOBC內(nèi)硼酸酯鍵內(nèi)的相互作用賦予水凝膠優(yōu)異的機(jī)械性能，使得拉伸變形399%時(shí)的應(yīng)力值達(dá)到0.85 MPa。

來源：傳感器專家網(wǎng)