【郑州大学：研发基于湿气发电效应的灵敏的湿度传感器】

呼吸监测有助于早期发现呼吸暂停、哮喘和心脏骤停等疾病，并可以为日常的健康管理提供指导意见，在降低呼吸系统疾病风险方面效果显著。湿度传感器因其非接触式的人机交互机制，避免了病毒或细菌的传播，成为了实现呼吸监测的重要手段。随着各种新能源模式的发展，如摩擦纳米发电机和压电纳米发电机等，通过自供电湿度传感器实现呼吸监测成为可能。然而，这些方法面临以下限制：（1）湿度传感模块和自供电系统往往是分开的，需要额外集成，不利于设备简捷化和小型化。（2）高湿度不利于通过摩擦或挤压引起的静电产生有效的电信号输出，需要依赖高精度的封装。（3） 依赖于人类活动产生的机械能的监测容易受到外部环境的运动干扰，导致传感器和人体组织活动之间不匹配。因此，对新型自供电湿度传感器的探索引起了人们的广泛关注。湿气发电（MEG）作为一种新兴的清洁能源模式，能够一步将环境水分转化为电能，这种发电方法与水蒸气有着固有的关系，为开发具有简单结构的新型自驱动湿度传感器提供了可能的途径。

郑州大学单崇新教授团队报道了一种基于石墨相氮化碳（g-CN）薄膜的MEG设备，以实现一体化的自供电湿度传感。采用气相传输沉积法在多孔阳极氧化铝（AAO）薄膜上生长形成了富含g-CN纳米管的异质膜，基于g-CN/AAO膜的MEG器件可以利用湿气自发发电，在96%的相对湿度下产生0.47V的开路电压、3.51μA的短路电流。当相对湿度从41%变化到96%时，响应电流呈指数级增长，最大响应为1.78×106%（ΔI/I0）。这种对湿度存在固有响应的发电机制可能来源于g-CN/AAO薄膜异质结构诱导的离子梯度。此外，进一步开发了一种基于湿度传感器的自供电呼吸监测设备，用于监测人体运动和睡眠状态，其具有近12小时的持续监测能力。这一结果为开发用于智能电子和医疗监测领域的自供电湿度传感器开辟了新的途径。