全纖維功率紡織品，利用不同的工作原理，如摩擦電、電磁學和壓電學來收集人體運動機械能。然而，受其工作原理的限制，全纖維功率紡織品通常依賴多層結構設計，例如將不同功能的層進行三維堆疊，或將核殼結構的功率纖維編織成層。多層結構的設計不僅使功率紡織品的能量收集功能單一，而且限制了其功率密度的進一步提高。此外，多層結構也對功率紡織品的穿著舒適性和機械穩定性提出了挑戰。因此，開發一種結構簡單、功能多樣的新型能量收集技術，對于推動智能織物和可穿戴電子產品的實際發展至關重要。
圖1 單層結構全纖維織物及其工作原理
近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所王杰研究員、王中林院士團隊報道了一種單層結構的多功能全纖維織物來收集人體機械能。具體方法是將導電纖維（直徑可以比頭發絲細）集成到商用紡織品的任何位置，在不犧牲穿著舒適性的前提下，通過靜電感應原理來收集紡織品自身摩擦時界面靜電擊穿產生的靜電能。這種新的能量收集機制已經在他們最近的工作中得到了驗證（Sci. Adv. 2024, 10, eado5362）。該單層功率紡織品克服了靜電擊穿對輸出性能的限制，實現了高平均功率密度（2 W m-2 Hz-1），是目前全纖維功率紡織品的2倍，此外，安全的靜高電壓（超過6 kV）創造性地賦予了全纖維織物的空氣凈化和抗菌功能，在收集人體機械能的同時促進了人體健康。同時，提出了一個量化的紡織材料摩擦系列，包含64對商用紡織材料對，不僅展示了此策略的普適性，并為大規模生產和應用提供指導。最后，展示了其在自驅動智能服裝中的應用。該工作以“A Multifunctional Power Textile Based on Interfacial Electrostatic Breakdown”為題發表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2025, e09809）。文章第一作者是中國科學院北京納米能源與系統研究所何禮霞博士和高毅奎博士。該研究得到國家自然科學基金委的支持。
圖2 穿戴舒適性測試
圖3 電學輸出性能的調控與優化
圖4 商用紡織品材料對的量化摩擦序列
圖5 應用展示
該工作提出了一種全新的全纖維功率紡織品策略，通過一種簡單而有效的設計，將導電纖維縫入商用紡織品中，以有效地就地收集人體機械能。用導電纖維代替原有的紡織纖維，既保留了原有的紡織結構，又保持了穿著舒適性，具有廣泛的材料兼容性和可擴展性。更重要的是，導電纖維通過紡織品之間的靜電擊穿效應捕獲靜電能量，克服了傳統靜電擊穿對輸出功率的限制。這一突破性技術不僅實現了高功率密度，而且還產生了高安全電壓（6千伏），創造性地提供了空氣凈化和抗菌的多功能。總體而言，該工作以極簡的結構、高輸出功率和多功能特性，使智能紡織品有效地收集人體機械能，促進人體健康。通過集成柔性的電源管理電路和各種可穿戴傳感器，此策略為實現自供電健康監測、環境傳感和人機交互提供了堅實的基礎。
原文鏈接 http://doi.org/10.1002/adfm.202509809
