發(fā)電織物的編織過(guò)程與可穿戴應(yīng)用演示。供圖

中新網(wǎng)上海2月21日電 (龔維 許婧)東華大學(xué)21日發(fā)布消息稱，該校王宏志教授課題組在可穿戴能源領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《兩棲能源紗線與紡織品的連續(xù)化與規(guī)模化制備》為題發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，纖維、紗線、織物將成為新一代發(fā)電載體。但成熟的發(fā)電技術(shù)，如光伏、熱電、壓電/摩擦電等，與服裝材料和紡織工業(yè)的結(jié)合尚存在挑戰(zhàn)。目前能源紡織品難以規(guī)模化生產(chǎn)、能源器件的性能易受環(huán)境濕度影響，而且尚缺乏利用單根紗線實(shí)現(xiàn)發(fā)電的技術(shù)。“能源衣”的開(kāi)發(fā)仍任重道遠(yuǎn)。

隨著可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，民眾對(duì)可穿戴能源的需求逐漸增大。由于傳統(tǒng)電池存在缺乏柔韌性、不可拉伸、難以編織等局限性，柔性隨身能源材料與器件發(fā)展獲得了大量關(guān)注。目前可穿戴電源的研究多數(shù)展示了“佩戴”形式的能源器件，其主要作為服裝的附加品，仍缺乏穿著舒適性。相比之下，服裝本體是現(xiàn)成的物理載體，是更為理想的可穿戴功能集成平臺(tái)。

能源紗線的光學(xué)顯微照片。供圖

在本工作中，研究人員利用工業(yè)級(jí)的紡絲設(shè)備實(shí)現(xiàn)了可拉伸摩擦發(fā)電紗線的連續(xù)化與規(guī)模化生產(chǎn)，并深入探討了金屬與非晶聚合物接觸/分離的單電極勢(shì)阱模型，首次提出了摩擦發(fā)電器件的電勢(shì)/極化耦合效應(yīng)的假設(shè)。借助特殊的皮芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與耦合增益發(fā)電機(jī)制，本工作報(bào)道的發(fā)電紗線無(wú)需借助與其他物體的相互作用即可自發(fā)電，并能夠應(yīng)用于不同氣氛環(huán)境甚至是液體中。

研究人員使用工業(yè)級(jí)的織樣機(jī)將發(fā)電紗線進(jìn)行編織得到了具有彈性的發(fā)電織物，其同樣具有兩棲工作的能力。發(fā)電紗線亦可與其他市售纖維如尼龍纖維、聚丙烯腈纖維等共同編織，紡織品的透汽性、舒適性、發(fā)電功率便可有效調(diào)控。研究人員穿著發(fā)電織物制成的“能源衣”，展示了其為電子設(shè)備鋰電池充電、驅(qū)動(dòng)無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)、捕捉人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等功能。

東華大學(xué)系論文第一完成單位，東華大學(xué)材料學(xué)院長(zhǎng)學(xué)制博士研究生生龔維為第一作者，侯成義副研究員、張青紅研究員、王宏志教授為共同通訊作者。該研究工作得到了中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)學(xué)科交叉重點(diǎn)項(xiàng)目、中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、東華大學(xué)勵(lì)志計(jì)劃等基金的大力資助。

據(jù)介紹，先進(jìn)功能材料課題組(Advanced Functional Material Group，AFMG)隸屬東華大學(xué)材料學(xué)院，導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)包括：王宏志教授，李耀剛教授、張青紅研究員、侯成義副研究員。課題組一直從事智能變色/變形、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、傳感與催化等功能材料的研究，特別是針對(duì)智能服裝的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了一系列柔性可穿戴的功能材料與纖維器件。在Science子刊Science Advances、Nature子刊 Nature Communications、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACSNano、PNAS、Angewandte Chemie-InternationalEdition等國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文200余篇，獲授權(quán)中國(guó)專利120余項(xiàng)。課題組積極開(kāi)展國(guó)內(nèi)外合作交流，目前已和劍橋大學(xué)，耶魯大學(xué)，美國(guó)西北大學(xué)，加州大學(xué)洛杉磯分校、丹麥科技大學(xué)、南洋理工大學(xué)、京都大學(xué)等世界一流高校開(kāi)展合作交流，并聯(lián)合培養(yǎng)了多名博士研究生。

關(guān)鍵詞： 可穿戴 能源 新進(jìn)展