Bioinspired Janus Heterogeneous Fibrous Membranes for Wearable Moisture‐Electric Energy Harvesting via a Plant‐Transpiration Mechanism

杰纳斯 材料科学 机制(生物学) 蒸腾作用 能量收集 水分 纳米技术 可穿戴计算机 能量(信号处理) 复合材料 工程类 植物 光合作用 生物 统计 认识论 哲学 嵌入式系统 遗传学 数学
作者
Jin Duan,Zhe Liu,Gege Hang,Yanan Wang,Xiuchen Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (10) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202515013
摘要

Abstract Harvesting energy from the ubiquitous environmental water vapor cycle is a promising pathway for sustainable power generation. Human skin releases ≈40–340 W of thermal energy per hour through perspiration, and even converting 1% could power most low‐energy wearable devices. However, achieving stable vapor capture, directional transport, and efficient charge separation in the skin microenvironment remains a key challenge for hygrothermal energy conversion. Inspired by plant transpiration, a bioinspired moisture‐guiding heterogeneous interface is constructed to fabricate a Janus Alk‐MXene PVA@Alk‐PVA‐PVDF fibrous membrane with hydrophilic adsorption, ion conduction, and evaporation‐driven traction, enabling directional vapor transport and efficient charge separation. With a thickness of 0.084 mm, the membrane combines flexibility, breathability, and excellent integration compatibility for wearable applications. A 1 cm 2 Janus MEG delivers a rapid response of 1.07 s, 1.18 V output, ≈935.2 µA cm −2 short‐circuit current density, and ≈1103.5 µW cm −2 power density, retaining ≈0.87 V after one month and demonstrating excellent moisture sensitivity with stable voltage output. Furthermore, a modular three‐unit series–parallel configuration achieves ≈2.32 V and ≈46.4 mA under high humidity, providing a sustainable strategy for self‐powered wearable electronics in medical monitoring and next‐generation human–machine interaction.
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