武汉纺织大学徐卫林院士、夏良君教授在《Advanced Materials》上发表创新性研究，制备出具有不对称光热结构的智能织物，实现了高效稳定的湿气发电。
随着柔性电子和可穿戴设备的快速发展，如何为这些设备提供持续、便捷的能源供应，已成为制约其广泛应用的关键瓶颈。
传统的电池存在容量有限、刚性体积大、需频繁充电或更换等问题，而太阳能、摩擦电等环境能量收集方式则受天气、运动状态等因素限制，难以实现全天候稳定供电。
自然界中，水循环无处不在。从空气中的湿气到人体排汗，水分中蕴藏着尚未被高效利用的能量。近年来，湿气驱动发电技术因其原料广泛、无需机械运动、可低温工作等优势，成为新兴的研究热点。
然而，现有湿气发电机普遍存在输出电压低、功率不稳定、在潮湿环境中易饱和失效等问题，尤其在无光或高湿环境下发电能力急剧下降，难以满足实际电子设备的供电需求。
从水中获取电能以驱动电子设备正受到关注。然而，开发具有高且稳定输出功率的湿气驱动发电机仍是重大挑战。
在此，团队设计了一种光热蒸发驱动的湿气发电机（PEMG），通过聚多巴胺（PDA）结构色膜对棉织物进行原位聚合吡咯改性，形成不对称光热温度梯度。
PDA 不对称光热层不仅有效解决了因水吸附饱和导致的持续发电不足问题，还缓解了因水分过度蒸发而产生的不稳定湿度梯度。与此同时，采用集成式 PEMG 单元设计的可穿戴系统在自然条件下为电子设备提供了充足的电源供应。
该研究的工作原理模仿树木蒸腾驱动水流过程。聚吡咯涂层作为强光热吸收层，驱动水蒸发；而聚多巴胺结构性彩色薄膜则因薄膜干涉效应反射部分光线，降低了光热转换效率，从而保留更多水分。这种两侧蒸发速率的差异，在材料内部形成了稳定的湿度梯度，成为驱动离子定向迁移、产生电能的核心动力。
在60%相对湿度和1个太阳光照强度下，下图紫色结构色的织物实现了高达 0.74 V 的开路电压和 0.72 mA 的短路电流。相比之下，未修饰的棉布发电性能微乎其微。更引人注目的是，该发电织物展现出优异的环境适应性与稳定性。
在户外实测中，六个发电单元串联后在白天光照下输出电压达 1.18 V，即便在夜晚无光时，借助材料自身的亲水性差异，仍能维持约 0.72 V 的电压输出，实现了真正的“全天候”工作。
研究团队还将多块发电织物缝制在衣物上，构成可穿戴发电系统。在模拟运动出汗条件下，该系统成功为蓝牙耳机充电，并在夜晚为一个小型手电筒持续供电，展示了其实用化潜力。
（a）CF@PPy@PDA 制备流程示意图；（b）不同自聚合时间下棉织物表面结构色照片；（c）不同结构色薄膜的反射光谱；（d）CIE 色度坐标图显示颜色随反应时间变化。
（a）CF@PPy@PDA 光热水蒸发驱动发电工作原理；（b）PPy 与不同 PDA 结构色薄膜的吸收光谱；（c）不同结构色样品在氙灯下的光热温度分布；（d）不同 PDA 结构色区域与黑色区域的光热温差；（e）光热转换效率；（f）光热蒸发下水分梯度与电势差示意图；（g,h）CF@PPy 与 CF@PPy@PDA（紫色）表面光热温度分布的模拟结果。
这项研究成功开发出一种基于不对称光热结构的高性能、全天候湿气发电装置。它通过仿生设计有效维持了湿度梯度，解决了传统湿气发电机功率输出低、稳定性差的瓶颈问题。该装置兼具高效率、高稳定性和良好的柔性，其模块化设计为构建可穿戴自供电系统提供了通用平台。
未来，这种将环境湿气与太阳能相结合的能量收集策略，有望为物联网传感器、便携式电子设备及智能纺织品提供一种自供电解决方案，推动柔性能源器件向高效化、全天候化发展。
来源：武汉纺织大学、纤维科学新视界等
