近日👨🚒，意昂俞建勇院士和丁彬研究員帶領的納米纖維研究團隊在可穿戴發電織物研究領域取得重要進展，相關成果以《應用於智能可穿戴的高柔軟🚌、可呼吸➝🚥、可裁剪和可洗滌發電織物》(Highly flexible, breathable, tailorable and washable power generation fabrics for wearable electronics, Nano Energy, 2019, 58, 750-758)為題，發表於國際著名期刊《納米能源》👐，該論文共同第一作者是紡織學院碩士生邱倩和材料學院博士生朱苗苗🚃，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品相繼進入人們的視野，極大地豐富了人們的生活。這類電子設備不斷朝著小型化✔️、便攜化、多功能化等方向發展，傳統的供能系統如電池，存在著硬質體積大、使用壽命有限、替換繁瑣📩、電解液易汙染環境等缺點，如何有效的從環境中收集機械能並持續穩定的為電子設備供電，是科學家們一直致力解決的問題🧑🏽🦱。功能性發電織物具備柔韌可編織👐🏿、熱濕舒適性好等優勢，利用摩擦起電和靜電感應的耦合效應，可以有效收集人體運動過程中的生物機械能並轉化為電能，由此解決可穿戴電子產品的能源供給和續航時間問題。但現有功能性發電織物由於加工技術和選用材料的局限👨🏽⚖️，使其能量轉化效率和能量密度低，同時可裁剪和可洗滌性差，限製了其應用性能的提升和應用領域的拓展。
圖1. 可穿戴發電織物製備過程及性能示意圖
針對上述問題，研究團隊選用高強力✌🏻、耐磨性好、彈性好的滌綸織物作為接觸材料和基底材料，同時選用導電性優良的柔性導電織物作為電極層，通過靜電紡絲和靜電噴塗復合技術對滌綸織物表面進行改性處理🧑🎓，在其表面附上串珠結構的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性，從而大幅度提高電輸出性能，製備得到一種柔軟透氣的新型發電織物➰。在外加負載電阻為50 MΩ時⚫️，功率密度可達80 mW/m2🧖，能夠驅動一些電子產品正常工作。該發電織物具備優異的耐久性和穩定性，同時具備優異的可裁剪性和水洗性🧡，將裁剪過的發電織物重新粘合起來，其電流和電壓可以恢復至初始值，在不同水洗時間處理後其電輸出性能也基本保持不變🤹🏽。另外，將發電織物與人體服裝進行結合🥅，還可以有效監測人體運動的幅度和角度，用作高靈敏的人體運動傳感器。
圖2. 可穿戴發電織物的能量輸出及實際應用示意圖
該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金，上海市優秀學術帶頭人項目，意昂官网勵誌計劃等項目的大力資助。
論文全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519301168
