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  可拉伸電子技術的發展促進了摩擦納米發電機（TENG）在柔性可穿戴電子產品中的應用。然而，大多數柔性電子產品無法同時達到極強的可拉伸性、透明性和高導電性的要求。

  在此，中科院北京納米能源與系統研究所報道了一種由海藻酸鈉/硫酸鋅/聚丙烯酰胺雙網絡聚合物離子導電（SA-Zn）水凝膠構建的TENG，其中水凝膠具有出色的拉伸性（>10,000%）、高透明度（>95%）和良好的導電性（0.34 S·m^-1）。SA-Zn水凝膠TENG，可以從人體運動中獲取能量，例如彎曲、拉伸和扭曲。此外，SH-TENG可用于制備自供能智能彈力帶傳感器，用于監測手臂伸展運動。這項工作可能為下一代可持續的可穿戴和運動監測電子設備提供一個創新平臺。

  選擇SA、AA和AM單體和硫酸鋅（ZnSO₄）來制備超拉伸離子導體水凝膠電極。由兩種大分子單體（SA和PAA）構建的雙網絡結構和動態相互作用大大提高了水凝膠的拉伸性能。此外，在過度拉伸后，它可以在一段時間內恢復到原來的形狀。此外，鋅離子可以與聚合物鏈上的雙網絡結構結合以控制離子遷移，從而提高水凝膠的導電性和拉伸性。 

圖1. SA、AA、AM 單體通過動態交聯形成雙網絡水凝膠的過程。

圖2. SA-Zn水凝膠的機械性能。(a, b) SA-Zn水凝膠順應性、透明度和導電性的照片。(c) SA-Zn水凝膠和不同厚度的ecoflex（0.5、1.0 毫米）封裝SH-TENG的紫外-可見光透射光譜。(d) AA和AM不同比例的水凝膠力學性能的拉伸曲線對比。插圖是AA和AM進料比為1:3的SA-Zn水凝膠在原始和拉伸狀態下的圖像。(e) SA-Zn水凝膠在500-3500%應變下的加載-卸載拉伸曲線。(f) SA-Zn水凝膠的可逆拉伸 (j) SA-Zn水凝膠在不同溫度下機械性能的拉伸曲線。

圖3. 基于SA-Zn水凝膠的納米發電機的性能。(a) SA-Zn水凝膠TENG的示意圖。(b) SH-TENG原始和可折疊狀態的照片。(c)SH-TENG的能量收集機制。(d) SH-TENG的仿真示意圖。(e) V_OC、(f) I_SC和(g) Q_SC分別為SH-TENG在不同工作頻率（0.5-5Hz）和3N力載荷下的輸出。(h) SH-TENG對不同商用電容器（0.1、1.0、2.2、4.7、6.8和10 μF）的充電電壓曲線。(i) 外部負載電阻從10⁴到5×10¹⁰Ω的電流和功率密度與外部負載電阻之間的關系。(j) TENG的穩定性分析。

圖4. SH-TENG的應用展示。(a)照片顯示TENG可以點亮234個商用綠色LED。(b) 手腕運動狀態下SH-TENG的信號輸出。插圖是SH-TENG貼服在手腕上。(c) SH-TENG在手指30°、60°和90°彎曲角度下的電壓輸出。插圖是固定在手指上的SH-TENG的圖片。(d) SH-TENG彈力帶不同拉伸狀態的照片。(e) 通過拉伸SH-TENG得到力和輸出電壓之間的關系。(f) SH-TENG拉伸過程中消耗的卡路里。(g) SA-Zn水凝膠TENG智能訓練帶的應用。(h)自供電智能彈力帶在實際應用中的實時演示過程，包括信號采集處理系統和實時軟件輸出接口。

  綜上所述，開發了基于導電水凝膠的SH-TENG功能性彈力訓練帶傳感器，用于監測拉伸運動中的數據。所提出的SH-TENG未來可能在醫療監測和康復、電子皮膚、自供電傳感器和人機交互等領域具有潛在應用。相關研究成果以題為“Self-Powered Smart Arm Training Band Sensor Based on Extremely Stretchable Hydrogel Conductors”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。論文的第一作者為廣西大學博士生盛非凡，目前在中科院北京納米能源與系統研究所王中林院士課題組進行聯合培養。通訊作者為中科院北京納米能源與系統研究所董凱副研究員和王中林院士。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c12378