
哈爾濱工業大學的研究團隊成功研發出一種新型可伸縮的濕度驅動式能量收集裝置。其關鍵突破在於開發出一種功能化水凝膠材料,兼具高黏附性和環境耐受性。該裝置無需外部電源,僅憑藉周圍濕度的變化即可持續發電,為下一代柔性可穿戴電子系統量身打造。
研究團隊以水–甘油二元體系為基質,創新性地引入液態金屬微通道網絡與超伸縮銀納米線電極,構建出多尺度導電通路。甘油分子能夠增強水凝膠內部氫鍵的密度,顯著提升界面黏附力,同時有效鈍化界面缺陷,大幅降低電荷傳輸障礙。原位電化學表徵與全原子分子動力學模擬結果表明,這一結構可將水合離子的定向遷移速率提升超過40%。
得益於甘油的保濕、抗凍及體積緩衝作用,該水凝膠在−20℃至60℃的寬溫範圍內,以及相對濕度20%至95%的廣泛區間內,均能保持結構完整並維持穩定的電輸出。耐久性測試顯示,在50%應變下進行1,040次拉伸循環後,功率輸出衰減不到8%;而在180°反覆彎折8,000次後,電壓波動仍控制在±3.2%以內,充分展現出卓越的機械強度與長期運行可靠性。