水凝胶由于其粘弹性、生物相容性和离子电导的特点，可用于监测运动的柔性电子器件。但可穿戴器件中的锂离子电池也带来安全风险。而水系锌离子电池以其电解质无毒和生态友好性有望与传感器集成。因此电池的环境适应性及与柔性传感器的集成设计是开发长期信号监测的可穿戴电子产品的基础。其关键在于宽温水凝胶电解质的设计以及对系统内离子迁移的控制。

示意图1.自供电应变传感器设计：(a)一体策略和(b)不同组件的结构；(c) 自供电传感模式及工作机制。

图2. PSC 水凝胶作为应变传感器的演示。(a) 在电阻模式下工作的 PSC 水凝胶应变传感器的示意图。(b) PSC 水凝胶传感器的相对电阻变化与所施加的拉伸应变 (0–400%) 的函数关系。(c) PSC 水凝胶在不同拉伸应变下的相对电阻响应。(d) PSC 水凝胶传感器在 60% 应变下进行了 1000 次稳定性测试循环。

图3. (a)传感器装置的应用位置。(b)不同弯曲角度下传感器响应电阻曲线。(c, d)自供电设备粘附在手指上时的实时电阻变化。（e）吞咽和发音时传感器的实时电阻变化。(h) 一体式器件在不同弯曲角度下的比容量和库仑效率。

图4. (a) 用于测量 Zn 沉积/剥离引起的应力变化的装置示意图。(b) 通过对 Zn|PSC|V₂O₅ 全电池进行原位 XRD 测量获得的Zn (002) 反射强度变化图。(c) 相应的电池电压曲线和(d) 传感器电阻变化曲线。

  文献详情

  Wang Z, Xue R, Zhang H, et al. A Hydrogel Electrolyte toward a Flexible Zinc-Ion Battery and Multifunctional Health Monitoring Electronics[J]. ACS nano, 2024. 

  https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00085

通讯作者简介

  马越，西北工业大学材料学院，长聘教授。入选陕西省杰青、省百人计划等。主持了多项国家自然科学基金、陕西省重点项目、国际合作交流项目，以第一/通讯作者在Advanced Materials、EES、Advanced Energy/Functional Materials、Chem, ACS Nano、Energy Storage Materials等刊物发表论文100余篇。研究方向主要包含化学电源关键材料的可控制备及界面改性方法，原位/在线相变表征技术，以及表界面反应的演化机制分析等。课题组因发展需要，长期计划招聘固态电池、纳米材料、原位表征等方向的博后及研究助理，参与交叉学科的研究，待遇优厚。欢迎应聘者根据自身背景进行申请。