近日，山东大学集成电路学院研究员王凌云与化学与化工学院教授于伟泳合作，在可穿戴能量收集及柔性传感领域取得突破性进展。他们成功研制出基于多孔石墨炔复合材料的摩擦纳米发电机，相关成果已发表于国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》。
这项技术不仅能够高效收集环境中的微小机械能，还能实现自供电的多功能传感，为下一代可穿戴电子设备的发展开辟了新路径。
科研团队面临的挑战是如何开发出既具有优异电学性能又保持良好柔韧性的可穿戴能量收集材料。传统材料往往在输出性能或长期稳定性方面存在局限，难以满足实际应用需求。
王凌云与于伟泳教授联合团队创新性地采用简便的浇铸和溶剂萃取方法，成功制备出多孔石墨炔/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(GDY/PVDF-HFP)以及氧化石墨炔/PVDF-HFP(GDYO/PVDF-HFP)复合薄膜。
这些薄膜材料具有独特的多孔结构和优异的物理化学特性，为高性能可穿戴摩擦纳米发电机的开发提供了理想基础。
这种基于石墨炔复合材料的摩擦纳米发电机表现出令人瞩目的电气输出性能。实验数据显示，器件能够输出70-80V的开路电压和12-14 mA/m²的短路电流密度，最大瞬时功率密度可达4.35 W/m²。
相较于目前大多数已报道的基于二维复合材料的摩擦纳米发电机，这一性能表现显著更优。更为重要的是，经过22,000次循环运行测试，器件没有出现任何性能衰退，展现出卓越的长期稳定性。
这一突破性进展意味着该技术不仅输出能力强，而且耐用可靠，完全满足实际穿戴应用的需求。
研究团队将这一创新技术应用于多个实际场景中，展示了其广泛的应用潜力。他们将基于石墨炔复合材料的摩擦纳米发电机集成到口罩中，开发出自供电呼吸传感器。
这种智能口罩能够实时检测佩戴者的呼吸状态，甚至实现语音识别功能。当固定在手指关节处时，传感器可以通过检测手指弯曲的时间长短，输出相应的宽峰和尖峰信号，进而实现对摩尔斯电码的准确识别。
此外，利用多孔复合薄膜的独特物化特性，该器件还表现出对挥发性有机化合物(VOCs)的检测能力，拓展了其在环境监测领域的应用前景。
王凌云和于伟泳教授团队的研究不仅局限于单一器件开发，还对整个可穿戴化学传感器领域进行了系统性总结。
他们在《Science China Materials》期刊上发表了题为“Revolutionizing healthcare： the next generation of wearable chemical sensors for personal health monitoring”的综述文章。
文章系统总结了生物传感器、湿度传感器、气体传感器和离子传感器四大类可穿戴化学传感器的最新进展，深入探讨了各类传感器的材料选择、器件结构和工作机制。
这篇综述全面概述了当前的研究现状，指出了面临的挑战，并提出了可穿戴化学传感器在个人健康监测领域的未来发展方向，为该领域的科研工作提供了重要参考。
随着这项技术的进一步发展，我们可能会看到内置自供电传感器的智能衣物，它们能够监测穿着者的呼吸、心率和运动状态，甚至检测周围环境中的有害气体。
也许不久后，我们的日常口罩将不仅仅是防护用品，更是个人健康监测的第一道防线，实时分析呼吸模式，预警潜在健康风险。
手指的一个简单弯曲动作可能不再只是肢体语言，而可以转化为数字信号，操控智能设备，甚至在没有网络的情况下发送求救信息。
