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第51卷分析化学（FENXIHUAXUE）评述与进展第5期

2023年5月ChineseJournalofAnalyticalChemistry769~776

DOI:10.19756/j.issn.0253-3820.221632

可穿戴自供电化学传感器研究进展

111*21*1

宋忠乾李伟燕包宇刘振邦孙中辉牛利

1（广州大学化学化工学院分析科学技术研究中心，广州市传感材料与器件重点实验室，广州510006）

2（广州大学计算机科学与网络工程学院，广州510006）

摘要作为可穿戴电子产品的重要分支之一，可穿戴化学传感器可以对人体及其周边环境中的化学组分

进行连续检测和分析，在健康监测、医疗诊断和环境保护等领域具有较高的应用价值。然而，具有高能量密

度和穿戴舒适性的可穿戴能量供应器件的发展仍难以满足当前柔性电子技术的发展需求，开发具有自供电

特征的可穿戴化学传感器是解决上述问题的重要途径，对连续和持续电化学监测具有重要意义。本文介绍

了基于自供电技术的可穿戴化学传感器的分类及其工作原理，概述了当前可穿戴自供电化学传感器的研究

与应用进展，讨论了自供电可穿戴化学传感器未来的发展方向和存在的问题，以期为柔性可穿戴电子产品的

能量供应选择和新型自供电传感器的开发提供参考。

关键词可穿戴电子；自供电；化学传感器；评述

随着柔性电子技术的发展，可穿戴电子设备在智能家居、健康监测、环境监测和疾病诊断等领域的

应用逐渐崭露头角。可穿戴传感器系统主要包括传感器、信号采集与通讯、显示和电源4个模块[1-2]。

其中，可穿戴化学传感器作为传感模块中的重要组成部分，是赋予可穿戴电子设备传感功能的主要组

件；同时，可穿戴电子设备的长期稳定实时监测是建立在充足的能量供应基础之上。发展穿戴舒适性的

能源供应器件仍然存在诸多挑战，并且其低能量密度、需反复充电或更换电池等因素限制了其使用的便

捷性[3]。随着柔性传感系统集成化和微型化的发展，开发具有自供电特征的可穿戴传感系统是解决能源

[4-6]

供应不足、降低设备重量的有效途径。

自供电技术不仅有助于可穿戴产品的实际应用，还可以减少对不可再生能源的使用，以减少环境压

力。自2010年自供电（Self-powered）的概念提出以来[7-8]，利用自供电技术实现对多种物理和化学信号的

传感与感知已经取得了诸多研究进展，如采用太阳能电池[9][10]

、生物燃料电池、热电和压电/摩擦

[11]

电等手段对化学传感器的自供电检测进行了探究。本文对自供电智能化学传感器的最新成果和未来

发展进行了综述，简要讨论了自供电化学传感的工作原理和工作模式，对自供电式化学传感器的应用进

展进行了概述，并讨论了自供电化学传感器所面临的重要挑战和未来的发展方向。

1自供电化学传感的实现途径

实现可穿戴电子设备的自供电化学传感的途径通常有3种。首先，从外界收集机械能、化学能、

光和热等能量，通过特定的能量转换器件将上述能量转换为电能，并储存在可穿戴储能器件中，为化学传

感器件或电子设备供应能量，实现在无需额外充电下的自供电化学传感。由于采用电池或电容器进行能

量存储，该途径能量供应较稳定，相对于非自供电传感方式，并不影响传感器件的灵敏度和检测范围等性

能。研究者采用新型、高性能的纳米结构设计和优化的制造技术，通过能量转换器件从周围环境中高效

收集清洁能源，实现对可穿戴传感设备的能量供应。根据收集能量的类型和能量转换方式，可分为摩擦

纳米发电机（TENG）、压电纳米发电机（PENG）、太阳能光伏器件和热电器件等。

其次，设计特殊的对某种化学物质特异性识别的敏感单元，通过器件组装，在特定化学物质刺激下

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