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  近日，東華大學紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士和丁彬研究員帶領(lǐng)的納米纖維研究團隊在可穿戴發(fā)電織物研究領(lǐng)域取得重要進展，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(chǎn)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(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，如何有效的從環(huán)境中收集機械能并持續(xù)穩(wěn)定的為電子設(shè)備供電，是科學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動過程中的生物機械能并轉(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。

圖1. 可穿戴發(fā)電織物制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(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。在外加負載電阻為50 MΩ時，功率密度可達80 mW/m²，能夠驅(qū)動一些電子產(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。另外，將發(fā)電織物與人體服裝進行結(jié)合，還可以有效監(jiān)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(fā)電織物的能量輸出及實際應(yīng)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(yōu)秀學術(shù)帶頭人項目，東華大學勵志計劃等項目的大力資助。

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