如今，新興的自供電可穿戴傳感設(shè)備因其在健康監(jiān)測、人機(jī)交互和電子皮膚等方面的應(yīng)用而引起了極大的關(guān)注。這方面更迫切的需求是開發(fā)新型多功能材料，用于電荷存儲(chǔ)和多響應(yīng)的一體集成，超級(jí)電容器和傳感器，以實(shí)現(xiàn)持久的供電和難以察覺的傳感。即使經(jīng)過充分的探索，目前集成的超級(jí)電容器傳感器電子器件由于在電化學(xué)耗盡過程中經(jīng)歷迭代變形，通常會(huì)遭受不可避免的損壞，例如裂紋、裂紋和穿孔等，導(dǎo)致嚴(yán)重的性能退化。這給自供電的可穿戴傳感電子設(shè)備帶來了挑戰(zhàn)，例如，保持大變形和適應(yīng)復(fù)雜表面，這進(jìn)一步加速了探索具有非凡能量密度、靈活性和自修復(fù)能力的儲(chǔ)能單元的迫切需求。到目前為止，盡管基于贗電容材料的電容器被認(rèn)為對(duì)柔性存儲(chǔ)單元吸引力，但[5]必要的自修復(fù)適用性和傳感能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)被掩蓋。目前正在尋找具有非凡儲(chǔ)能、靈活性和自我修復(fù)能力的通用原型。

水凝膠由于其柔軟的特性，具有固有的優(yōu)異柔韌性和自修復(fù)能力，在這方面似乎很有前景。其中一個(gè)值得注意的例子是（PVA），這是一種主要用于水凝膠構(gòu)建的聚合物基質(zhì)，用于產(chǎn)生有前景的柔性傳感器和超級(jí)電容器，例如電子皮膚、自供電電子設(shè)備、柔性可穿戴傳感器和皮膚順應(yīng)性生物系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兙哂械奶匦裕鐭o毒性、親水性、生物相容性，以及化學(xué)穩(wěn)定性。PVA基柔性系統(tǒng)最重要的困境是相對(duì)較低的能量密度，因此引起了相當(dāng)大的影響。劉等人提出了一種冷凍聚合策略，以合成具有能量密度（27.5Wh kg?1）的各向異性可拉伸PVA/PANI水凝膠。這已經(jīng)與的可拉伸超級(jí)電容器進(jìn)行了比較，但PVA涂層的導(dǎo)電活性材料是相互隔離的，而不是參與導(dǎo)電路徑的形成。這仍然導(dǎo)致了無法克服的缺點(diǎn)，無法進(jìn)一步提高性能。隨后，實(shí)驗(yàn)嘗試指出，只有有限部分的導(dǎo)電電化學(xué)活性材料實(shí)際上對(duì)能量存儲(chǔ)過程做出了貢獻(xiàn)，從而降低了比電容和能量密度。例如，Zou等人制備了一種具有多種功能的PANI-PVA全水凝膠超級(jí)電容器，添加的PVA為整個(gè)裝置帶來了極大的靈活性，但嚴(yán)重降低了電化學(xué)性能（7.8 Wh kg?1）。因此，在導(dǎo)電PANI上的軟介電PVA涂層似乎不可避免和由此產(chǎn)生的低能量密度對(duì)可穿戴自供電傳感電子器件構(gòu)成挑戰(zhàn)這兩個(gè)方面之間可能存在一個(gè)矛盾。

，一個(gè)帶來新突破的理想原型應(yīng)該受益于以下特性：i）PVA鏈與聚合的PANI膜糾纏在一起，并進(jìn)一步充分緊密地包裹，以允許PVA@PANI水凝膠具有優(yōu)異的電子傳輸導(dǎo)電性；ii）用于PVA@PANI必須保持水凝膠以限度地提高贗電容PANI的利用效率；iii）提供大量傳輸通道的多孔3D導(dǎo)電網(wǎng)配置將被構(gòu)造用于不受阻礙的離子傳輸。事實(shí)上，人們已經(jīng)付出了巨大的努力來克服所涉及的不可逾越的缺點(diǎn)，但PVA固有絕緣性中緩慢的電子傳導(dǎo)仍然使“理想"的水凝膠原型懸而未決。到目前為止，還沒有PVA@PANI水凝膠材料表現(xiàn)出“理想"特性，也沒有一種策略顯示出建立“理想"原型的潛力。因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)定義明確的PVA@PANI水凝膠材料具有同時(shí)的靈活性、多孔導(dǎo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性和高儲(chǔ)能性能，對(duì)于下一代可穿戴自供電傳感電子設(shè)備來說仍然很有前景，但相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。

本文亮點(diǎn)

1.本工作通過苯胺/DMSO乳液模板原位冷凍聚合策略合成了一種柔性且可治療的動(dòng)態(tài)交聯(lián)全水凝膠PVA@PANI。

2. 制造的柔性PVA@PANI片狀電極表現(xiàn)出的比電容（936.8 F g?1），組裝的對(duì)稱柔性全固態(tài)超級(jí)電容器提供了40.98 Wh kg?1的非凡能量密度，超過了之前報(bào)道的可拉伸值PVA@PANI基于水凝膠的超級(jí)電容器。

3. 這種柔性超級(jí)電容器電極能夠?qū)崟r(shí)精確監(jiān)測人類的活動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)和出色的自我恢復(fù)。

來源：傳感器專家網(wǎng)