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一、研究背景
想象一下，我们日常使用的智能手表、健康监测贴片，往往需要频繁充电或更换电池，这不仅麻烦，还可能造成环境污染。而本研究的核心，正是通过一种新型水凝胶材料，构建自供电的纳米发电机，让设备能够利用人体运动等机械能自主发电，彻底摆脱对传统电池的依赖。
二、材料与制备方法
研究团队首先制备了一种多功能水凝胶。他们将氧化海藻酸钠（OSA）与聚丙烯酸 - 丙烯酰胺共聚物（P (AA-co-AM)）交联，并掺入钛酸钡（BTO）纳米颗粒，再通过氯化铁（FeCl₃）溶液处理，形成了 O/P/Fe-BTO 水凝胶。这种材料的独特之处在于多重相互作用：动态席夫碱键赋予其弹性，金属配位键增强强度，而氢键则维持网络稳定性。
在 BTO 纳米颗粒的制备中，采用了水热合成法：将钛酸四丁酯与氢氧化钡溶液混合，在 200℃下反应 48 小时，得到尺寸均匀的 BTO 颗粒。随后，通过两步法制备水凝胶：先聚合形成基础网络，再通过 Fe³⁺配位进一步强化结构，最终获得的水凝胶兼具高拉伸性（876% 应变）和强韧性（9.96 MJ/m³）。
三、性能与设备构建
这种水凝胶的性能令人瞩目：它不仅能承受反复拉伸扭曲，
还具备 0.14 S/m 的电导率和优异的抗菌活性 —— 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别达到 99.82% 和 100%。这意味着它既能作为导电电极，又能在生物医学场景中防止感染。
基于此，研究团队构建了压电 - 摩擦电混合纳米发电机（PTENG）。设备采用三明治结构：Ecoflex 作为负摩擦层，O/P/Fe-BTO 水凝胶作为电极，聚氨酯（PU）作为正摩擦层。当受到外力挤压时，BTO 的压电效应与摩擦层的静电感应协同作用，产生高达 222 V 的开路电压和 5.35 μA 的短路电流，这一性能远超单一原理的纳米发电机。
四、应用场景演示
PTENG 的实际应用令人兴奋。当将其贴在手指关节上，每一次弯曲都能产生清晰的电压信号，可实时监测关节运动角度；而在鞋底嵌入 PTENG，步行时的压力就能转化为电能，为小型传感器供电。更有趣的是，在 PTENG 表面覆盖 PET 膜后，用笔书写的动作都会产生独特的电信号波形，实现自供电的手写识别功能。
五、研究意义与展望
这项研究的突破在于将材料科学与能源技术巧妙结合：通过分子设计提升水凝胶的机械性能，利用复合效应增强发电效率，同时赋予抗菌特性拓展生物兼容性。未来，这种技术有望应用于可穿戴医疗设备、智能纺织品甚至环境监测传感器，为物联网设备的 "永久续航" 提供可能。
参考文献：
R. H., et al. Piezoelectric-triboelectric hybrid nanogenerator based on tough, stretchable BaTiO3 doped antibacterial hydrogel for self-powered sensors, Supramolecular Materials, Volume 4, 2025, 00096.
