随着物联网与智能医疗的快速发展，可穿戴电子设备在健康监测、人机交互等领域展现出广阔的应用前景。然而，传统可穿戴器件通常依赖外部电源供能，同时，在佩戴过程中容易发生汗液积聚、皮肤湿度波动以及局部热量滞留，导致穿戴舒适性下降、信号失真甚至器件失效。因此，开发具备自供电能力和优异环境适应性，并能实现可靠信号采集的摩擦电器件成为当前研究的重要方向。

PDA@MXene-PAN/PVDF双层复合纤维材料的示意图

江南大学王利强教授团队通过静电纺丝技术成功制备了一种具有优异定向输水功能的PDA@MXene-PAN／PVDF双层复合纤维材料。该材料通过构建由亲水PAN层至疏水PVDF层的润湿性梯度与孔径梯度，实现了在10秒内完成水分自内向外的快速定向传输，有效避免了水分在皮肤-器件界面的滞留。作为Janus摩擦纳米发电机（TENG）的摩擦层，该材料可输出高达150 V的峰值电压和302.6 mW／m²的峰值功率密度，其电性能显著优于未功能化的PAN/PVDF体系，在呼吸监测、运动监测等人体生理信号检测场景中表现出显著应用潜力。相关研究成果发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

复合材料的定向输水性能

当水滴施加于PVDF侧时，液滴虽初始在疏水表面形成一定的接触角，但在短时间内迅速被膜体吸收，并在10秒内完全渗透至膜的PMXP侧。当膜反转，水滴会始终滞留于膜表面，不会向PVDF侧渗透，即液体无法逆向穿透复合膜。实验表明，该Janus复合膜具有稳定的润湿梯度和纤维网络结构梯度，在不同方向上对液滴产生非对称的力学响应。该定向输水行为不仅有助于实现水分的单向排出，也提升了TENG在穿戴过程中的舒适性与稳定性。

材料的摩擦电性能

在摩擦电性能测试中，PDA@MXene-PAN／PVDF双层复合纤维膜展现最优的摩擦电输出，在最佳掺杂量下（2 wt%），器件的开路电压、短路电流和转移电荷量分别可达约150 V、4 μA和53 nC，并具备302.6 mW／m²的峰值功率密度。在2 Hz和50 N的条件下对TENG进行了循环测试，器件在超过6000次循环过程中仍保持稳定的电输出，表明其具有良好的运行稳定性。此外，该TENG被成功用作自驱动电源，无需任何外部电源即可直接点亮商用LED灯。

人体监测应用

将该TENG器件集成到可穿戴传感器上用于人体生理信号的实时监测，能够对多种人体活动，如不同呼吸状态、手部活动、不同步态做出清晰、可区分的响应，充分展示了其在健康监测领域的应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.5c24264

（来源：易丝帮）