背景介绍：湿度驱动发电机（MEGs）可收集环境水分用于能量生成和环境监测，在可穿戴电子设备中显示出潜力。电纺纳米纤维膜因其大表面积、微纳米通道网络、材料多样性和易制备性，成为 MEGs 的理想平台。其中，海藻酸钠（SA）作为富含亲水基团的天然聚合物适用于湿度驱动能量收集，但其直接电纺性以及在潮湿条件下平衡持续吸湿功率输出与结构稳定性仍存在挑战。

为此，来自苏州大学纺织与服装工程学院的林红教授、张德锁教授团队在《Macromolecular Rapid Communications》期刊发布了关于湿气驱动发电机（MEG）的最新研究成果。该团队通过设计一种基于交联聚乙烯醇（PVA）和海藻酸钠（SA）的双层纳米纤维膜，并添加银纳米颗粒（AgNPs），成功开发出一种具有高效吸湿发电性能和抗菌功能的 MEG。这一成果为湿气驱动发电技术的发展提供了一种新的解决方案，有望推动自供能可穿戴电子设备等领域的发展，为未来可持续能源收集提供新思路。

在制备过程中，选择 PVA 以增强 SA 的可纺性并创建亲水梯度结构。同时，使用戊二醛（GA）作为交联剂以提高纳米纤维的耐水性，而银纳米粒子（AgNPs）被掺入以赋予抗菌功能。具有上下层不同亲水基团浓度的双层膜结构通过逐层电纺技术制备。成功开发了具有不同亲水基团水平的抗菌双层纳米纤维膜。这些膜随后被用于制造三明治型 MEG，以穿孔铝片作为顶部电极，ITO 玻璃作为底部电极。

图 2：GA 交联 PVA/SA 纳米纤维膜的特性分析 a.FT-IR 光谱 b.不同 GA 浓度下交联 PVA/SA 电纺丝溶液的粘度 c - g.不同 GA 浓度（c.0 wt.% d.1 wt.% e.2 wt.% f.3 wt.% g.4 wt.%）下交联 PVA/SA 纳米纤维膜的 SEM 图像 h.XRD 图谱 i.2GP 纳米纤维膜的 SEM 图像 j.2GPSA-2GPA 双层纳米纤维膜的横截面 SEM 图像 k - l.2GPSA-2GPA 双层纳米纤维膜的 EDS 映射（k.Na l.Ag）

随后系统研究了 GA 含量对纳米纤维膜形态和不同分级结构 MEGs 发电性能的影响。GA 的添加促进了电纺聚合物的交联，显著提高了纳米纤维膜的耐水性。这种改进在膜暴露于水分时保持了微纳米通道，从而提高了 MEGs 的循环稳定性。具体而言，顶部为 2GPSA 膜、底部为 2GPA 膜的双层纳米纤维膜 MEG 实现了 0.415 V 的 OCV，25 次循环后保留 93.2% 的性能。这种双层纳米纤维膜表现出优异的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为 99.83% 和 99.57%，确保了设备在高湿度条件下免受微生物降解的生物稳定性。

这种具有耐水溶性和分级结构的双层 SA 基复合纳米纤维膜，为构建高效耐用的 MEGs 提供了新策略。所得MEGs 在各种实时监测应用中展示了多功能适用性，如检测水分源、监测人体呼吸健康和跟踪身体活动，以及在自供电可穿戴电子系统中的能量收集。

文献来源：https://doi.org/10.1002/marc.202500227