［本站讯］近日，山东大学集成电路学院研究员王凌云，联合化学与化工学院教授于伟泳，在石墨炔复合材料基摩擦纳米发电机及自供电柔性传感研究中取得重要进展，相关成果以“Porous graphdiyne composite-based wearable triboelectric nanogenerator for energy harvesting and multifunctional self-powered sensing”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal（影响因子13.2，中科院1区）。集成电路学院硕士研究生李朝磊为第一作者，王凌云研究员、于伟泳教授为论文的共同通讯作者。

图1. 复合薄膜的制备方法及表面形貌

探索新材料对于推动可穿戴摩擦纳米发电机（TENG）的发展至关重要，以满足日益增长的高性能和多功能需求。本研究通过简便的浇铸和溶剂萃取方法，成功制备了多孔石墨炔（GDY）/聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）复合薄膜以及氧化石墨炔（GDYO）/PVDF-HFP复合薄膜，将其应用于可穿戴TENG的摩擦层。器件能够输出70–80 V的开路电压和12–14 mA/m²的短路电流密度，最大瞬时功率密度可达4.35 W/m²，显著优于目前大多数已报道的基于二维复合材料的TENG。此外，经过22000个循环的运行，器件没有出现任何性能衰退，表现出优异的长期稳定性。

图2.器件结构以及用于可穿戴能量收集和多功能自供电传感应用

鉴于多孔GDY/PVDF-HFP和GDYO/PVDF-HFP基TENG表现出优异的电气输出性能，研究团队将其集成到口罩中，开发成为自供电呼吸传感器，能够实现语音识别和呼吸状态的实时检测。同时，该器件还可以固定在指关节上，通过控制手指弯曲时间的长短，传感器输出相应的宽峰和尖峰信号，实现对摩尔斯电码的识别。此外，利用多孔复合薄膜独特的物理化学特性，该器件表现出对挥发性有机化合物（VOCs）的检测能力。这些结果表明，多孔石墨炔复合材料是柔性能量采集和多功能自供电传感的理想构建模块，能够推动柔性能量收集技术及下一代可穿戴电子设备的发展。

图3. 四类可穿戴化学传感器

此外，团队近期在国际期刊Science China Materials（影响因子:7.4，中科院1区）发表题为“Revolutionizinghealthcare: the next generation of wearable chemical sensors for personal health monitoring”的综述性文章。该文系统总结了生物传感器、湿度传感器、气体传感器和离子传感器四大类可穿戴化学传感器的最新进展，深入探讨了各类传感器的代表性材料、器件结构、作用机制及应用场景。通过研究这些技术的最新创新，文章旨在全面概述当前的研究现状，突出现有的挑战，并提出可穿戴化学传感器在医疗监测领域的潜在未来发展方向。山东大学集成电路学院本科生唐蕾、郑建树为共同第一作者，王凌云研究员、于伟泳教授为论文的共同通讯作者。

上述研究工作得到山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目、山东省青年科学基金项目（海外）和广东省基础与应用基础研究基金等基金项目的资助。