Hydrovoltaic Nanogenerators for Self‐Powered Sweat Electrolyte Analysis

电解质 材料科学 光电子学 纳米发生器 纳米技术 开路电压 电压 电极 电气工程 复合材料 化学 压电 工程类 物理化学
作者
Xueqing Huangfu,Yang Guo,Samuel M. Mugo,Qiang Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (15) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/smll.202207134
摘要

Abstract Human sweat comprises various electrolytes that are health status indicators. Conventional potentiometric electrolyte sensors require an electrical power source, which is expensive, bulky, and requires a complex architecture. Herein, this work demonstrates an electric nanogenerator fabricated using silicon nanowire (SiNW) arrays comprising modified carbon nanoparticles. The SiNW arrays platform is demonstrated as an effective self‐powered sensor for sweat electrolyte analysis. It has been shown that an evaporation‐induced water flow in nanochannels can yield an open‐circuit voltage ( V oc ) of 0.45 V and a short‐circuit current of 10.2 µA at room temperature as a result of overlapped electric double layers. The electrolyte in the water flow results in a V oc decrease due to the charge shielding effect. The V oc is inversely proportional to the electrolyte concentration. The fabricated hydrovoltaic device shows the capability for sensing electrolytes in human sweat, which is useful in evaluating the hydration status of volunteers following intense physical exercise. The device depicts a novel response mechanism compared to conventional electrochemical sensors. Furthermore, the hydrovoltaic device shows a maximum output power of 1.42 µW, and as such has been successfully shown to drive various electronic devices including light‐emitting diodes, a calculator, and an electronic timer.
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