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  跟着柔性电子设备的加快速度进行开展，从环境中获取继续、安稳的电能成为一项重要应战。虽然太阳能、热能等多种环境能量搜集技能已被广泛研讨，但它们往往受限于间歇性和不安稳性。湿气驱动发电机因其可运用广泛存在的水循环而十分重视，但是，怎样来完成高功率输出和长时刻安稳运转，尤其是战胜水分吸附饱满后发电中止的问题，仍是该范畴面对的首要难题。

  近来，武汉纺织大学徐卫林院士、夏良君教授和湖北大学Liu Hai合作开宣布一种高效、安稳的全天候湿气发电设备。该设备经过在棉织物外表原位聚合聚吡咯，并在一半区域构建聚多巴胺结构性五颜六色薄膜，构成不对称的光热蒸腾诱导结构。这种名为的复合资料，在60%相对湿度和1个太阳光照下，可完成0.74伏的开路电压和0.72毫安的短路电流，并能驱动白色LED灯泡继续发光超越24小时。该规划不只模仿了植物的蒸腾作用以坚持定向湿度梯度，还能在夜间依托资料亲水性差异继续发电，为可穿戴电子设备供给了立异的自供电处理方案。相关论文以“Highly Efficient and Stable All-Weather Moisture Power Generation via Asymmetric Structured Color Photothermal Evaporation-Induced Cotton Fabrics”为题，宣布在

  研讨人员首要展现了一种仿生规划思路。如图1所示，该设备的作业原理仿照了树木的蒸腾驱动水流进程。聚吡咯涂层作为强光热吸收层，驱动水蒸腾；而聚多巴胺结构性五颜六色薄膜则因薄膜干与效应反射部分光线，降低了光热转化功率，然后保存更多水分。这种两边蒸腾速率的差异，在资料内部构成了安稳的湿度梯度，成为驱动离子定向搬迁、产生电能的中心动力。

  图2具体论述了资料的制备进程与结构特征。棉织物经过清洗后，经过原位聚合掩盖上一层黑色的聚吡咯涂层。随后，在其一半区域进行聚多巴胺的自聚合反应，跟着反应时刻从4小时延伸至24小时，薄膜因厚度改变产生干与，顺次呈现出棕色、蓝色、紫色和绿色的结构性色彩。反射光谱和CIE色坐标剖析证明了色彩与薄膜光学特性的直接相关。扫描电镜图画进一步提醒了聚吡咯纳米颗粒均匀掩盖的粗糙纤维结构，以及聚多巴胺薄膜构成后更为润滑的外表描摹，这为水分传输和电荷搜集供给了抱负的界面。

  图2 （a） 制备流程示意图；（b）不同自聚合时刻下棉织物外表结构色相片；（c）不同结构色薄膜的反射光谱；（d）CIE 色度坐标图显现色彩随反应时刻改变。

  该设备的中心长处是其奇妙的不对称光热规划。图3提醒了其高效发电的作业机制。聚吡咯在宽光谱范围内具有高达98%的吸收率，而紫色聚多巴胺薄膜的均匀吸收率仅为74.3%，这导致了两边显着的光热温差。在氙灯照射下，黑色聚吡咯区域与紫色聚多巴胺区域之间的温差可达8.3°C。这种温差驱动水分从湿润的聚多巴胺侧向枯燥的聚吡咯侧继续活动。在纤维纳米通道中，水流带动离子搬迁，在带电通道壁面构成双电层，由此产生活动电势。数值模仿成果直观显现，（紫色）标明产生了显着的温度与湿度梯度，这是传统对称结构所不具备的。

  图3 （a） 光热水蒸腾驱动发电作业原理；（b）PPy 与不同 PDA 结构色薄膜的吸收光谱；（c）不同结构色样品在氙灯下的光热温度散布；（d）不同 PDA 结构域与黑域的光热温差；（e）光热转化功率；（f）光热蒸腾下水分梯度与电势差示意图；（g,h）CF@PPy 与 （紫色）外表光热温度散布的模仿成果。

  功能测验成果充沛证明了该规划的优越性。如图4所示，在不同湿度下，一切样品均能产生电压，且在60%相对湿度下功能最佳。其间，紫色样品的发电功能最为杰出，开路电压高达0.74伏。在长达数小时的接连测验中，电压和电流输出坚持高度安稳。经过曲折、冲突和水洗测验后，其功能未见显着衰减，展现了超卓的机械安稳性与耐久性。与未润饰的CF@PPy比较，的输出功率密度提高了数十倍，达到了29.2微瓦每平方厘米，其综合功能在雷达图点评中全面抢先。

  图4 （a）光照下干/湿界面电流生成机制与水分活动示意图；（b–e）不同 PDA 结构色样品在 20–80% 湿度下的开路电压；（f,g） 在 60% 湿度下的实时开路电压与短路电流；（h）不同结构色样品的输出功率密度；（i）与其他织物基水分发电体系的电压与电流密度比照。

  研讨还深入探讨了外因与化学改性对发电功能的影响。如图5所示，恰当进步环境和温度或湿度（在60%以下）有助于提高输出电压。用低pH盐酸溶液或含高价阳离子（如Fe³⁺）的盐溶液处理资料，可经过增强质子化梯度或离子搬迁功率，逐渐提高电压输出。密度泛函理论核算标明，水分子和氯离子在聚吡咯外表的吸附能有用诱导电荷转移，增加外表电荷密度。此外，该设备对光照开关表现出快速、可逆的电压呼应，经过数十次循环及长达一个月的环境露出后，其敏感性与安稳性仍然坚持杰出。

  图5 （a）紫色 在 10–40℃ 温度下的开路电压改变（60% 湿度）；（b）在 20–80% 湿度下的开路电压改变（40℃）；（c）不同 pH HCl 溶液环境下的开路电压；（d）不同盐溶液环境下的开路电压；（e）水分梯度截面中质子搬迁密度与电荷传导驱动力模型；（f）纯水与 NaCl 溶液中 PPy 外表电荷堆集模仿；（g）PPy 颗粒 Zeta 电位随离子浓度改变；（h）根据阴离子吸附的双电层构成与能量转化途径；（i）光照开关循环下的开路电压呼应。

  为完成实践运用，研讨人员将多个发电单元进行集成。如图6所示，经过并联或串联衔接，能够灵敏提高输出电流或电压。六个单元串联后在室外白日光照下可产生1.18伏电压，在夜间无光时，依托资料本身亲水性差异也能坚持约0.72伏的电压输出，完成了真实的“全天候”发电。该集成体系成功驱动了白色LED灯泡继续照明24小时，并为数字时钟供电。更重要的是，研讨团队将15个发电单元缝合到衣物上，构建了可穿戴发电体系。在室外运动场景中，该体系不只能运用阳光和环境湿气，还能经过人体汗液蒸腾供给额定水分，产生满足的电力为蓝牙耳机充电，或在夜间为手电筒供电，展现了其在柔性可穿戴动力范畴的巨大运用潜力。

  图6 （a）并联与串联衔接的输出电流与电压；（b）野外日夜发电示意图；（c）白日六个串联单元的开路电压；（d）夜间开路电压；（e）六个串联单元在氙灯下的热成像图；（f）驱动 LED 灯泡与电子钟的实践演示；（g）可穿戴体系集成示意图；（h）人体汗液蒸腾供电示意图；（i,j）为蓝牙耳机与手电筒供电的场景。

  这项研讨成功开宣布一种根据不对称光热结构的高功能、全天候湿气发电设备。它经过仿生规划有用坚持了湿度梯度，处理了传统湿气发电机功率输出低、安稳性差的瓶颈问题。该设备兼具高功率、高安稳性和杰出的柔性，其模块化规划为构建可穿戴自供电体系供给了通用渠道。未来，这种将环境湿气与太阳能相结合的能量搜集战略，有望为物联网传感器、便携式电子设备及智能纺织品供给一种可继续、免保护的绿色动力处理方案。

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