一种基于多功能可穿戴水凝胶的电荷捕获TENG（热电发电机），能够实现电生理信号监测和高效率能量收集，并具有优异的稳定性

《Nanoscale》：A multifunctional wearable hydrogel-based charge-trapping TENG enabling electrophysiological signal monitoring and high-efficiency energy harvesting with enhanced stability

摩擦纳米发电机通过电润湿辅助电荷注入技术优化水凝胶结构，实现207.9V开路电压和88.8nC电荷转移，耐高温、高湿及5000次循环性能稳定，可穿戴设备成功实现228秒内0.47μF电容充电和23dB信噪比生理信号监测。

　　

摩擦电纳米发电机（TENGs）为收集高熵机械能提供了一种有前景的方法，而基于水凝胶的传感器由于其生物相容性和可伸展性，非常适合用于可穿戴健康监测。然而，传统的电荷注入技术在提高TENG性能方面面临挑战，如高电压、有限的耐用性以及与水凝胶设备的不兼容性。为了解决这些问题，我们提出了一种电润湿辅助电荷注入（EWCI）策略，该策略结合了抗脱水的无水共晶凝胶，从而确保了长期的操作稳定性。通过优化由氟化丙烯酸酯（FA）-Ecoflex双层组成的设备结构（该结构具有电荷捕获特性）以及EWCI条件，在可伸展且集成有水凝胶的材料上实现了高效的电荷注入和摩擦电输出增强。优化后，在施加高达?2000 V的偏压30分钟的情况下，峰值开路电压（V_oc）达到了207.9 V，转移电荷（Q）为88.8 nC（分别比优化前提高了3倍和20倍）。在150 °C下加热1小时后，峰值V_oc仅下降了16%；在60%相对湿度下暴露1小时后下降了25%；经过5000次接触-分离循环后下降了22%，这表明了其出色的耐久性和长期稳定性。随后，将EWCI技术应用于一种可穿戴的基于水凝胶的电荷捕获TENG（HCTEG），以实现从身体运动中高效收集能量并可靠地进行电生理信号监测。这一能力得到了验证：仅用228秒就将0.47 μF的电容器从0 V充电至20 V，并获得了高质量的电生理信号（信噪比≥23 dB）。