由于構(gòu)成水伏器件的功能化納米材料間缺乏有效的綁定機(jī)制，嚴(yán)重制約了蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的水伏效應(yīng)在可穿戴傳感電子領(lǐng)域的應(yīng)用。在不犧牲納米通道結(jié)構(gòu)和表面功能特性的前提下，顯著提高水伏器件的機(jī)械強(qiáng)度和柔性以滿足可穿戴需求是實(shí)現(xiàn)水伏效應(yīng)在可穿戴電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。另一方面，基于具有交疊雙電層納米通道的水伏器件在產(chǎn)電之外還具有離子傳感的潛力，然而目前研究大多都聚焦于水伏產(chǎn)電性能的提升，水伏離子傳感卻被忽視。

近期，中科院蘇州納米所張珽研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種用于柔性可穿戴電子的強(qiáng)韌水伏離子傳感器。利用高分子聚丙烯腈（PAN）對(duì)氧化鋁（Al2O3）納米顆粒進(jìn)行強(qiáng)力的串聯(lián)和綁定（圖1，圖2A-C），使其形成的多孔薄膜具有出色的柔性和機(jī)械抗沖擊特性，可以經(jīng)受超過180°的彎曲和9.92 m s-1的高速水流沖擊（圖2D-F）。更為重要的是，PAN結(jié)構(gòu)穩(wěn)定機(jī)制的引入也未對(duì)Al2O3形成的納米通道結(jié)構(gòu)和表面Zeta電位造成限制?；谠撊嵝詮?qiáng)韌PAN/Al2O3薄膜的水伏離子傳感器件展現(xiàn)了高達(dá)3.18 V的最大開路電壓（去離子水中）（圖3）和10-4-100 M的離子濃度傳感范圍（圖4）。進(jìn)一步，通過接觸和非接觸式水分收集器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功的將其應(yīng)用于可穿戴多功能傳感器供能和自驅(qū)動(dòng)汗液電解質(zhì)傳感器的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了基于水伏效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)健康監(jiān)測（圖5）。該項(xiàng)研究工作突破了傳統(tǒng)水伏器件中功能化納米顆粒組裝中的機(jī)械脆性限制，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能水伏產(chǎn)能和水伏離子傳感，為蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的水伏效應(yīng)應(yīng)用于可穿戴傳感領(lǐng)域提出了創(chuàng)新思路。該工作以A flexible tough hydrovoltaic coating for wearable sensing electronics為題發(fā)表在Advanced Materials上。文章第一作者是中科院蘇州納米所副研究員李連輝和碩士研究生鄭卓，通訊作者為張珽研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金的支持。

圖2. 柔性強(qiáng)韌PAN/Al2O3水伏薄膜的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度表征

圖3. 基于柔性強(qiáng)韌PAN/Al2O3薄膜的水伏器件的產(chǎn)電性能