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  近日，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士和丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)在可穿戴發(fā)電織物研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以《應(yīng)用于智能可穿戴的高柔軟、可呼吸、可裁剪和可洗滌發(fā)電織物》(Highly flexible, breathable, tailorable and washable power generation fabrics for wearable electronics, Nano Energy, 2019, 58, 750-758)為題，發(fā)表于國際著名期刊《Nano Energy》，該論文共同第一作者是紡織學(xué)院碩士生邱倩和材料學(xué)院博士生朱苗苗，共同通訊作者是丁彬研究員和李召嶺副教授。

  近年來，越來越多的可穿戴電子產(chǎn)品相繼進(jìn)入人們的視野，極大地豐富了人們的生活。這類電子設(shè)備不斷朝著小型化、便攜化、多功能化等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的供能系統(tǒng)如電池，存在著硬質(zhì)體積大、使用壽命有限、替換繁瑣、電解液易污染環(huán)境等缺點(diǎn)，如何有效的從環(huán)境中收集機(jī)械能并持續(xù)穩(wěn)定的為電子設(shè)備供電，是科學(xué)家們一直致力解決的問題。功能性發(fā)電織物具備柔韌可編織、熱濕舒適性好等優(yōu)勢，利用摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合效應(yīng)，可以有效收集人體運(yùn)動(dòng)過程中的生物機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為電能，由此解決可穿戴電子產(chǎn)品的能源供給和續(xù)航時(shí)間問題。但現(xiàn)有功能性發(fā)電織物由于加工技術(shù)和選用材料的局限，使其能量轉(zhuǎn)化效率和能量密度低，同時(shí)可裁剪和可洗滌性差，限制了其應(yīng)用性能的提升和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。

圖1. 可穿戴發(fā)電織物制備過程及性能示意圖

  針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)選用高強(qiáng)力、耐磨性好、彈性好的滌綸織物作為接觸材料和基底材料，同時(shí)選用導(dǎo)電性優(yōu)良的柔性導(dǎo)電織物作為電極層，通過靜電紡絲和靜電噴涂復(fù)合技術(shù)對(duì)滌綸織物表面進(jìn)行改性處理，在其表面附上串珠結(jié)構(gòu)的PVDF納米纖維和PTFE納米顆粒，提高織物的表面粗糙度，同時(shí)改善織物的摩擦電負(fù)性，從而大幅度提高電輸出性能，制備得到一種柔軟透氣的新型發(fā)電織物。在外加負(fù)載電阻為50 MΩ時(shí)，功率密度可達(dá)80 mW/m²，能夠驅(qū)動(dòng)一些電子產(chǎn)品正常工作。該發(fā)電織物具備優(yōu)異的耐久性和穩(wěn)定性，同時(shí)具備優(yōu)異的可裁剪性和水洗性，將裁剪過的發(fā)電織物重新粘合起來，其電流和電壓可以恢復(fù)至初始值，在不同水洗時(shí)間處理后其電輸出性能也基本保持不變。另外，將發(fā)電織物與人體服裝進(jìn)行結(jié)合，還可以有效監(jiān)測人體運(yùn)動(dòng)的幅度和角度，用作高靈敏的人體運(yùn)動(dòng)傳感器。

圖2. 可穿戴發(fā)電織物的能量輸出及實(shí)際應(yīng)用示意圖

  該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金，上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目，東華大學(xué)勵(lì)志計(jì)劃等項(xiàng)目的大力資助。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519301168