功能化石墨烯增强复合纳米纤维膜在热电能量收集与传感中的高效应用

研究人员设计了一种高性能柔性混合热电纳米发电机(PyNG)，通过将PEDOT:PSS电极层与CdS-rGO纳米复合材料嵌入PVDF电纺纳米纤维垫中，实现了环境温度下≈63 μC/(m2K)的热电系数，创下PVDF纳米纤维基器件最高记录。该装置在42.5 K温差循环中产生2.55 V/0.8 nA输出，并成功集成于N-95口罩实现呼吸监测，为可穿戴健康监测设备提供了新思路。

　　

这项突破性研究将硫化镉-还原氧化石墨烯(CdS-rGO)纳米复合材料与聚偏氟乙烯(PVDF)电纺纳米纤维巧妙结合，顶部覆盖聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)柔性电极，构建出新型热电纳米发电机。密度泛函理论(DFT)模拟揭示了PVDF与CdS-rGO在分子层面的强化相互作用，使器件在293K环境温度下获得惊人的≈63 μC/(m²K)热电系数。当遭遇42.5开尔文(ΔT=42.5 K)的周期性温度波动时，这个轻薄如蝉翼的装置能稳定输出2.55伏特电压和0.8纳安电流。更令人振奋的是，将其集成到N-95口罩后，这个自供电系统能敏锐捕捉呼吸引起的细微温度变化，为呼吸道疾病早期预警提供了创新解决方案。这项技术突破不仅拓展了二维材料在能量转换领域的应用边界，更为下一代智能可穿戴医疗设备的发展指明了方向。