信息来源：高分子科学前沿 发布时间：2025年07月15日

      洪水，自人类文明伊始，便是生存发展的最大挑战之一。从《圣经》的诺亚方舟到中国的大禹治水，洪水治理贯穿于人类历史长河。进入现代社会，洪灾依然是最主要的自然灾害之一。数据显示，过去40年间，全球气温上升约1.5°C，引发的极端天气事件使得重大洪水发生频次上升约700%。城市化的迅猛推进更是显著扩大了洪水的影响范围，无论是发达国家还是发展中地区，皆面临严峻的洪水风险与巨大损失。例如，2023年利比亚德尔纳遭遇暴雨洪灾致1.1万余人遇难；2024年“海伦”风暴引发的德州洪水亦导致逾200人死亡。

      然而，洪水尤其在低洼区域的突发性与不可预测性，使其预警成为全球科研界亟待突破的难题。目前，传统的监测方式（如人工巡查或有线预警系统）在成本、稳定性和重建效率方面均存在显著限制。近年来，尽管无线传感技术因其部署灵活、成本低等优势受到关注，但普遍依赖电池供能，难以适应洪水环境中“遇水失效”与“长期续航不足”的双重挑战。因此，发展具备稳定性、可自启动、环境适应强的低成本供能方案，成为提升洪水预警系统可靠性与普适性的关键方向。

       针对这一核心难题，中国人民大学王亚培教授团队在《Advanced Science》期刊发表研究成果，提出一种新型水触发型自供电洪水预警传感器（A water-triggered sensor for self-powered flood alarming），在技术路径与工程实现层面实现突破。该器件基于开关式原电池原理设计：通过纸基电极与干态离子凝胶构建低成本柔性电池单元，常态下处于“零能耗”待命状态，当环境水分迅速渗透封装膜时，离子凝胶吸水膨胀启动氧化还原反应，从而激活电池并驱动后端传感与无线信号模块。

       为确保器件在复杂气候条件下的长期稳定运行，团队引入对湿度不敏感的聚合物封装膜。这层膜既防止凝胶在空气中提前吸水，又允许真正的洪水渗透激活电池，提升预警精度。此外，器件结构采用三浦折纸式构型设计，在最小化空间占用的同时大幅提升单位面积功率输出，实现了高性能、可集成的户外洪水预警功能。实地模拟洪水实验进一步验证，该器件可实时响应突发洪水事件，并实现本地与远程同步报警，为未来城市级智能预警网络的部署提供坚实技术基础。

       该成果不仅在器件设计、材料集成与系统响应等层面展示了系统性创新，也为低成本、环境友好型防灾减灾电子系统的构建提供了重要范式。所采用的材料体系包括纸基底材、水凝胶与硫酸铜，具有良好的生态兼容性，符合绿色电子的发展趋势。该研究为全球应对洪水灾害提供了更具可持续性的技术支撑，也为建设智慧城市与提升社会韧性开辟了新路径。

图1. 近年来天气变暖导致的洪水灾害愈发严重，对自供电水灾预警器件有重要需求。

图2. 负载电解质的离子干凝胶制备与基本表征



图3. 水触发原电池器件的结构设计与电学性质优化

图4. 分子内氢键帮助PVA薄膜兼具防潮与透水功能。



图5具有高功率输出的集成水触发电池



图6在模拟洪水场景中，该设备成功实现了“湿度不启动——遇水启动—自主供电—信号报警”的一体化运行流程，

预警信息可实时传输至远程监控中心。