该研究以题为“High‐Performance Transparent, Deformable, and Recoverable Biomimetic Stevia–PVA Hydrogel Triboelectric Nanogenerator with Machine Learning‐Assisted Motion Recognition”发表在Advanced Materials上。

图1

高性能仿生水凝胶的透过性是可穿戴传感器和基于水凝胶的TENG中的一个重要问题。图 2a 以及图形 第四季 显示厚度相同的S-TEG的数字图像和透射率。所有相同厚度（0.1毫米）的水凝胶在可见光谱范围内的透明度均超过70%，范围为400至800纳米。内嵌突出显示了400–500纳米区间的透射行为，而在水凝胶系统中光散射效应通常更为明显。放大视图显示样品间透明度差异仍在可接受的实验变异范围内。PVA-TENG和S-TENG的透明度变化不大，表明在PVA中加入甜叶菊并未影响透明度[45]. 此外，为了验证羟基和羧基在甜叶菊中的影响，如图中对甜叶菊粉、原始水凝胶和S-水凝胶进行了FTIR光谱的比较 2b，表明水凝胶键合强度在3000–3300厘米范围内增加−1. 氢键增强表明水凝胶中稳定的交联和结构网络对TENG性能至关重要 [15]. 此外，在1000至1300厘米范围内−1，氯叶菊在水凝胶中的存在增强了C-O键。进行了DSC测试以探索S-水凝胶的晶体结构域。图 2c 展示了晶体曲线，即随着甜叶草浓度增加，晶体峰值强度增加。具体来说，在甜叶菊浓度为10%时达到最大强度，之后过度积累会导致聚集。此外，采用XRD检测评估晶体结构的变化，并结合DSC阐明甜叶菊在水凝胶中的影响，如图所示 二维. 19.7°的峰值对应于（  PVA晶体平面，表明晶峰因水凝胶中甜叶菊的加入而增强，这与DSC结果一致。这些结果是一个水凝胶的示意网络，如图所示 1.

本研究通过向聚乙烯醇水凝胶中引入仿生甜菊苷，构建了一种兼具高透明度、高拉伸性与优异摩擦电输出的复合水凝胶材料。甜菊苷中丰富的羟基与PVA链形成大量动态氢键，显著增强了水凝胶的交联密度与结晶结构域，使其拉伸强度超过25 MPa，断裂伸长率超过520%，同时保持可见光透过率高于70%。基于该水凝胶制备的摩擦电纳米发电机开路电压可达800 V，短路电流约50 μA，转移电荷约40 nC，在16,000次接触-分离循环中输出稳定，且可通过水辅助溶解-再凝胶化过程实现回收并维持电压性能。

该S-TENG作为自供能传感器，可贴附于喉咙、手腕、手指、肘部及膝盖等部位，精确监测咳嗽振动与关节弯曲角度，响应时间仅13 ms。采集的五类动作电压信号经特征工程后，输入11种机器学习模型进行分类，其中XGBoost算法准确率达95.29%。该工作通过仿生甜菊诱导的氢键网络强化策略，同步提升了水凝胶的力学、透明性与摩擦电性能，为可穿戴自供能运动识别系统提供了兼具环保性与高灵敏度的材料平台。

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