本文摘要：【章节】基于纤维织物的柔性可穿着电子器件可以对人体展开动态身体健康检测。

【章节】基于纤维织物的柔性可穿着电子器件可以对人体展开动态身体健康检测。这不仅必须将电源、传感器等电子元件高度构建在空间狭小的区域内，还必须在轻微的机械变形条件下维持器件有较高的输出功率，并始终保持器件与皮肤的较好认识以及较高的人体舒适度。微生物燃料电池（MFC）作为一种需要自装配、自修缮、自我保持、环境友好的生物电源，不仅能充份利用人体汗液、唾液、血液等体液中的有机物，将其中非常丰富的化学能转化成为源源不断的电能，还具备非常低的生物兼容性和电化学稳定性。目前，以微生物燃料电池作为电源的柔性可穿着电子器件主要面对着输入电流密度较低、输出功率低等根本性挑战。

【成果概述】近日，美国纽约州立大学宾汉顿分校的SeokheunChoi助理教授（通讯作者）课题组设计并制取了构建在单张纤维织物上的单室无膜微生物燃料电池。研究人员以市售的单层纤维织物（92%涤纶纤维：8%氨纶纤维）作为基底，经制模、丝网印刷、喷碳等工艺步骤分别在纤维织物的于是以、反面临柔性于是以、负极展开加工，并对纤维织物表面有所不同区域使用内亲水化或上言水化处置的方法来定义负极区和负极区。

该微生物燃料电池以溶有乙二醇（EG）的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚磺苯乙烯（PEDOT:PSS）浆料标记负极室，并重新加入3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（3G）以强化其亲水性，最后向其中疫苗一定浓度的铜绿假单胞菌（PAO1）作为微生物催化剂；负极用所含Ag2O的PEDOT:PSS浆料制取，Ag2O经还原成获得Ag2O/Ag填充负极，其中的Ag被通入的空气氧化再度获得Ag2O。该微生物燃料电池的内阻大约为10kΩ，当外电路阻抗10kΩ的电阻时能超过52μA/cm2的电流密度和6.4μW/cm2的仅次于功率密度，其电化学性能相似于目前的柔性纸基微生物燃料电池水平，并相比之下多达了以柔性织物为基底的微生物燃料电池。

在重复剪切、挽回的动态力学测试条件下，尽管纤维织物表面的导电碳层再次发生部分脱落并引发电池内阻增高，电极活性材料仍能稳固吸附在纤维织物表面，从而确保机械变形条件下仍有较平稳的输入电流及功率密度。该研究成果以“FlexibleandStretchableBiobatteries:MonolithicIntegrationofMembrane-FreeMicrobialFuelCellsinaSingleTextileLayer”为题，公开发表在Adv.EnergyMater.上。【图文简介】图1.微生物燃料电池的结构(a)在19×19cm2的单层纤维织物上一次同时生产由5×7个微生物燃料电池阵列的结构示意图。

(b)微生物燃料电池的于是以、负极结构及其工作原理。(c)于是以、负极及其装配在同一张纤维织物上的示意图。(d)剪切和挽回条件下的微生物燃料电池。

图2.在单层纤维织物上批量生产微生物燃料电池阵列(1)再行用激光加工滤纸获得具备特定几何形状的模板，再行使用喷胶的方式把模板相同到纤维织物表面。(2)使用丝网印刷的方式向纤维织物表面涂覆具备特定组分的浆料。(3)在模板上喷出碳构成相连各微生物燃料电池的导电碳层并去除模板。

(4)在负极上喷涂亲水性蜡层以定义负极室边界，并在负极室内部重新加入3G浆料以强化其亲水性。(5)最后通过激光切割成获得由一定数量的微生物燃料电池构成的阵列。图3.于是以、负极形貌密切相关(a)用3G/EG/PEDOT:PSS浆料处置过的负极SEM图像。

(b)用PEDOT:PSS/Ag2O浆料处置过的负极SEM图像。

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