可穿戴發(fā)電織物的能量輸出及實際應(yīng)用示意圖。供圖
中新網(wǎng)上海2月25日電 (朱苗苗 許婧)東華大學(xué)25日發(fā)布消息稱，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》為題，發(fā)表于國際著名期刊《納米能源》(Nano Energy)。
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，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)，如何有效地從環(huán)境中收集機(jī)械能并持續(xù)穩(wěn)定地為電子設(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。
針對一系列的研究難題，研究團(tuán)隊選用高強(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。
該發(fā)電織物具備優(yōu)異的耐久性和穩(wěn)定性，同時具備優(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，在不同水洗時間處理后其電輸出性能也基本保持不變。
此外，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)動的幅度和角度，用作高靈敏的人體運(yùn)動傳感器。
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。
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)帶頭人項目、東華大學(xué)勵志計劃等項目的大力資助。
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