综述：液态金属能量发生器在自供能软生物电子学中的应用

本综述系统阐述了液态金属能量发生器（LMEG）在自供能软生物电子领域的最新进展，涵盖其材料特性、多种能量转换机制（TENG/PENG/EMG/HEG/TEG/PEG）及在可穿戴电源、自驱动传感和生物医学设备中的应用，并展望了低温运行、自修复功能和系统集成等未来方向。

　　

Abstract

液态金属能量发生器（Liquid metal-enabled energy generators, LMEGs）作为一种新兴技术，为软生物电子学中的功耗挑战提供了高效解决方案。本综述全面概述了液态金属（LMs）的特性与加工工艺，重点探讨其在软生物电子学中的应用。系统介绍了多种LMEG类型，包括摩擦电纳米发电机（Triboelectric nanogenerators, TENGs）、压电纳米发电机（Piezoelectric nanogenerators, PENGs）、电磁发电机（Electromagnetic generators, EMGs）、水伏发电机（Hydrovoltaic generators, HEGs）、热电发电机（Thermoelectric generators, TEGs）和光伏发电机（Photovoltaic electric generators, PEGs），并突出其最新研究进展。LMEGs的独特性能使其成为将能量采集或自供能传感组件集成到生物电子系统中的理想选择。进一步综述了LMEGs在可穿戴电源、自供能智能传感和生物医学装置中的前沿应用。最后展望了未来研究方向，包括LMEGs的主动作用与低温操作、自修复功能的广泛采用、功能化液态金属-聚合物复合材料的开发以及面向实际应用的系统级集成。

液态金属的特性与加工

液态金属在室温下呈现流体特性，兼具高导电性、导热性和低毒性，特别适用于柔性生物电子器件。镓基合金（如EGaIn、Galinstan）因其氧化层可调控形变能力和界面特性成为研究重点。加工技术涵盖微流控成型、印刷电子和注入式图案化，这些方法保障了LMEGs在柔性基底上的高精度集成。

能量转换机制与器件设计

基于液态金属的各类能量发生器采用不同物理机制实现能量转换：

• •
  TENGs利用接触起电与静电感应耦合效应，通过液态金属与聚合物界面电荷转移产生电能；
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  PENGs依赖液态金属复合材料的压电效应，将机械应变转换为电信号；
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  EMGs通过液态金属导体在磁场中的运动产生感应电流；
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  HEGs利用液态金属与电解液界面流动电势或蒸发驱动离子输运发电；
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  TEGs基于Seebeck效应，通过液态金属材料构建的温差电路实现热能-电能转换；
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  PEGs则通过液态金属增强的光吸收层或电极优化光生载流子分离效率。

生物医学应用前沿

LMEGs在生命科学和健康医学领域展现出巨大潜力：

1. 1.
   可穿戴电源：为心电（ECG）、肌电（EMG）传感器等提供持续能源，消除传统电池更换需求；
2. 2.
   自供能智能传感：实时监测生理信号（如脉搏、体温、肌肉活动），无需外部供电；
3. 3.
   植入式医疗设备：驱动神经刺激器、药物输送系统，利用体内生化或机械能实现自供能；
4. 4.
   组织工程与康复医学：结合柔性基质，制作可拉伸电子皮肤和智能修复支架。

未来展望与挑战

未来研究将聚焦于：开发低温操作（<0°C）的LMEGs以适应极端环境；推进具有自修复功能的液态金属复合材料，延长器件寿命；通过表面改性及聚合物复合提升材料生物相容性与功能多样性；实现传感、供能、通信模块的系统级集成，推动临床转化。仍需解决长期生物安全性、稳定性与大规模制造工艺等问题。