基于多功能木质气凝胶的压阻传感-摩擦纳米发电集成系统在智能家居中的创新应用

本研究针对智能家居系统中柔性电子器件的能源供给与传感监测需求，开发了基于热塑性聚氨酯（TPU）与碳化木质气凝胶（CWA）的多功能导电气凝胶。该材料兼具高灵敏度压阻传感特性（11.2 V?N?1）和高效摩擦纳米发电性能（功率密度达5.64 W?m?2），成功实现自供电运动监测、跌倒检测及智能门锁等应用，为绿色能源收集与智能家居系统集成提供新策略。

　　

在物联网技术蓬勃发展的时代，具有可持续性、高孔隙率和独特三维多孔微结构的木质气凝胶，为柔性/可穿戴电子设备带来了新的突破。研究人员通过将热塑性聚氨酯（TPU）与碳化木质气凝胶（CWA）复合，成功制备出多功能导电气凝胶（TPU/CWA，简称PCWA）。这种材料不仅能够作为高灵敏度的压阻传感器，还可组装成高性能摩擦纳米发电机（TPU/CWA-TENG，简称PCWA-TENG）。其三维导电网络使电荷能够快速分散和转移，显著提升了摩擦纳米发电机的输出性能。同时，PCWA表面粗糙的微观结构进一步优化了压阻响应和摩擦发电效率，使PCWA-TENG的最高功率密度（P）达到5.64 W?m^?2，并具备11.2 V?N^?1的高灵敏度。在应用层面，PCWA的压阻特性可广泛应用于智能开关、智能门锁及人体运动监测等场景；而PCWA-TENG不仅能在人体活动中收集能量，还可作为自供电传感器用于步态分析和跌倒预警。该研究为木质电子产品的绿色能源收集、运动监测及智能家居系统集成开辟了新的技术路径。