纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

针对目前柔性智能可穿戴领域面临的产品功能单一、续航能力低、穿着舒适性差及三维扭曲形变时与人体贴合性不佳等问题,研究了基于纺织、材料、电子、通信、生物、能源及环境等多学科交叉领域的柔性智能可穿戴纺织品,分析了纤维基柔性智能可穿戴器件的制备方法、组成结构、三维形变与性能之间的关系。综述了近年来可 穿戴技术与产品的研究进展及纤维材料在柔性应变传感器、有机电化学晶体管基生化传感器、超级电容器、微生物燃料电池等柔性智能可穿戴领域的最新应用,指出可穿戴技术与纺织材料的融合是可穿戴产品发展的必然趋势和客观需求。     

摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴中的应用

智能可穿戴技术的快速发展对供能系统适用、经济、环保等提出了更高的要求。因体积大、不耐久、非柔性、不易集成于织物、综合成本高昂,并且单位储能能力有限、电容充电不便,所以现有的原电池、二次电池、燃料电池、储能电池等"化学能-电能"装置,无法满足智能可穿戴设备对能源供给系统的要求。摩擦纳米发电机(TENG)可以将环境中低频机械能转化为电能,且拥有能源供应稳定、经济性好、适用性强、清洁环保等优势。将摩擦纳米发电机集成到纺织品上,持续、稳定提供电能是解决目前织物基智能可穿戴领域供能问题的重要途径。总结了摩擦纳米发电机相比较于传统电池的应用优势,介绍了摩擦纳米发电机的基本工作原理和理论模型,概述了提高摩擦发电性能的方法,详述了其在织物上材料集成与结构设计方式,列举了其集成在纺织品及其他方面上的应用。讨论了目前摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴研究中存在的问题,展望了恒流摩擦纳米发电机等未来研究方向。     

利用微生物电池技术处理废水

进入21世纪,由于微生物燃料电池高效、清洁、环保的独特优点,利用微生物电池技术处理废水的研究在全球掀起热潮。通过微生物燃料电池技术的特点和原理的介绍,综述了微生物燃料电池废水处理技术的优势,分析了存在的问题,并在此基础上指出微生物燃料电池废水处理技术研究的重点突破方向。     

“黑科技”热度

正一些让人无法理解的"黑科技"产品层出不穷,你能接受吗?可以用尿液发电的袜子深处野外,没有水和食物,站在食物链顶端的"贝爷"已经示范了如何喝尿保命。除了保命,在紧急状况下,尿液还可用来发电,发送求救信号。尿液发电听起来可能有点恶心,但实际情况是尿液通过管子流到安置在袜子里的微型微生物燃料电池(MFC)里边。目前,来自西英格兰大学布里斯托生物能源大学的科研团队将这种尿液驱动袜称为"首套通过基于微生物燃料电池技术打造的可穿戴能源发生器供能自足系统。"这套系统的关键部分当然就是MFC了,它能够将有机物直接转换成电能。MFC里边有一种厌氧微生物混合物,它们能够在获得尿液     

微生物燃料电池最大功率点跟踪算法综述

作为一种新型绿色能源微生物燃料电池(MFC)利用微生物将有机废物转换成电能,通过最大功率点跟踪算法使其在工作条件变化时仍能输出最大功率。文章分析对比了目前常用的微生物燃料电池最大功率点跟踪算法,并展望了微生物燃料电池最大功率点跟踪算法的发展趋势。     

资讯·前沿

<正>织物型柔性可穿戴复合式能量收集器可收集机械能与生化能据报道，中山大学衣芳教授课题组与清华大学王晓峰课题组合作，开发了一种具有良好透气性和舒适性的织物型柔性可穿戴复合式能量收集器（BWHEH）。BWHEH由一个背向皮肤的织物型摩擦电纳米发电机（T-TENG）和编织到织物T-TENG中并面向皮肤的纤维型生物燃料电池（F-BFC）组成。其中，T-TENG能够收集运动产生的机械能，F-BFC能够收集汗液中的生化能。     

基于粒子群算法的微生物燃料电池最大功率跟踪

微生物燃料电池能够在实现污水发电,实现清洁能源的同时,对污水中的微生物进行分解和净化,有较大的发展空间。但微生物燃料电池的输出电压和输出功率,受负载波动的影响都较大,为了充分利用电池系统的产电效能,将电池控制在最大功率输出状态具有实际意义。文章对微生物燃料电池的电化学模型进行了系统的阐述,并将粒子群算法应用于电池最大功率跟踪,在负载变化的情况下,始终实现最大功率输出。     

微生物燃料电池中新型阳极微生物固定方法研究

利用苯胺/聚乙烯醇复合导电水凝胶包埋大肠杆菌作为阳极构建微生物燃料电池。此电池的最高功率密度超过400m W·m~(-2),而电池内阻则降低到大约151Ω。这证明新的阳极微生物固定方法能够促进微生物燃料电池性能的提高。     

纺织基柔性染料敏化太阳能电池的研究进展

柔性染料敏化太阳能电池可为可穿戴设备解决供电问题并实现服装一体化,同时能减少能源消耗。为全面探究纺织基柔性染料敏化太阳能电池在纺织领域的应用前景,首先简述了染料敏化太阳能电池的发展现状、主要组成结构、工作机制和性能评价方法,重点介绍了柔性纤维状电池与纺织基底平面电池的研究进展;其次,通过分析电极制备与电池组装方式的特点,指出在当前纺织领域尚未解决的太阳能电池问题,同时总结了纺织基柔性染料敏化太阳能电池电解质与敏化染料的研究进展;最后指出电池电极、染料以及电解质的发展方向,并对纺织基柔性染料敏化太阳能电池的发展提出展望。     

基于二维材料的纤维型储能织物的研究进展

随着便携式和可穿戴电子产品的急速发展,柔性可穿戴式储能设备逐渐成为热门研究领域。其中,一维电化学能量存储织物,如纤维基超级电容器和锂离子电池,由于其轻便性、柔韧性、耐磨性、可编织性及机电可加工性等优点成为最具发展潜力的方向之一。二维材料由于特殊的结构与性能在新型纤维基储能织物研究中具有独特优势。文章回顾了近年来已被应用于纤维型储能织物中的二维材料,着重阐述了各种纤维型储能器件的设计及制作工艺。随后,深入探讨了各类织造结构对织物整体储能特性的影响,全面介绍了纤维基超级电容器和锂离子电池的研究进展,并对该领域的机遇与挑战提出了思考与展望。     

阳电极面积对双室微生物燃料电池产电性能及COD的影响

微生物燃料电池(MFC)最具应用前景之一是处理废水的同时能够产生电能.以糖蜜废水作为阳极基质,以金属离子的电镀废水做阴极溶液,研究了双室微生物燃料电池不同电极面积对产电性能和COD的影响.结果发现,当外电阻为300Ω时,小反应器微生物燃料电池(阳极面积为76.8cm2)及大反应器微生物燃料电池(阳极面积为78.15cm2)最大功率密度分别为0.22mW/cm2和0.28mW/cm2.在前200个小时内,小反应器微生物燃料电池在第60个小时时产生最大电压71.1 mV和最大电流189.5 μA,大反应器微生物燃料电池在第190个小时时产生最大电压81.1 mV和最大电流228.1μA.同时,当Zn2+作阴极溶液时,小反应器微生物燃料电池阳极溶液的COD去除率在1.5％到7.02％之间,大反应器微生物燃料电池阳极溶液的COD去除率在0到14.96％之间.     

纤维基可穿戴电子设备的研究进展

为促进纤维基柔性可穿戴电子产品的发展,推动柔性可穿戴电子产品的更新换代,带动传统纺织服装行业的转型升级,归纳了近几年柔性纤维基可穿戴电子设备的研究进展,并对其进行系统分类,包括传感器、能量收集储存设备和其他功能性电子设备;讨论了目前纤维基可穿戴电子设备中存在的问题和面临的困境;指出多领域交叉综合、电子集成以形成系统、对人体安全无危险、可洗且穿着舒适是柔性纤维基可穿戴电子设备的发展趋势,而基于纤维或纱线基的柔性可穿戴电子设备将成为下一代多功能柔性可穿戴电子产品的发展重点。     

阳电极面积对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池（MFC）最具应用前景之一是处理废水的同时能够产生电能。以糖蜜废水作为阳极基质,以金属离子的电镀废水做阴极溶液,研究了双室微生物燃料电池不同电极面积对产电性能和COD的影响。结果发现,当外电阻为300Q时,大反应器微生物燃料电池A．（阳极面积为78．15cm^2）及小反应器微生物燃料电池～（阳极面积为76．8cm^2）最大功率密度分别为0．28mW／cm^2和0．22mW／cm^2。在前200个小时内,A：电池在第60个小时时产生最大电压71．1mV和最大电流189．5μA,A,在第190个小时时产生最大电压81．1mV和最大电流228．1μA。同时,当Zn^2＋作阴极溶液时,小反应器微生物燃料电池阳极溶液的COD去除率在1．5％到7．02％之间,大反应器微生物燃料电池阳极溶液的COD去除率在0到14．96％之间。阴极中Zn^2＋去除率A1中为28．6％,A2为21．2％。     

前沿

<正>曼彻斯特大学研发出柔性纺织电池据报道,曼彻斯特大学研究人员将导电氧化石墨烯直接打印到棉织物上,研发出一种灵活的柔性纺织电池,不仅可以正常为可穿戴设备供电,而且像普通的棉布一样柔韧可水洗。纳兹穆尔·卡里姆(Nazmul Karim)是这项发明项目的研究者之一,他表示柔性纺织电池造就了智能布料的诞生,让可穿戴式电脑成为一种现实。据了解,这种柔性电池设备可以为可穿戴设备进行供电,这将促成可穿     

基于LabVIEW的微生物燃料电池监测系统设计

微生物燃料电池处理废水的同时能够发电的优点使其成为广大学者关注的热点,并取得了一定的成果。为了提高微生物燃料电池废水处理系统的自动化水平,利用Lab VIEW开发一套监测系统。该监测系统集成了参数设置、参数测量、性能曲线、数据管理和帮助五个模块,系统简单,可靠且易操作。     

美国开发柔性纺织电池 可编入衣物可水洗

正据外媒报道,美国研究人员开发了一种灵活的柔性纺织电池,它不仅可以正常供电,同时还可以像普通的棉布一样柔韧。作为这项发明的研究者之一,曼彻斯特大学的研究人员纳兹穆尔·卡里姆表示:"柔性纺织电池造就了智能布料的诞生,让可穿戴式电脑成为一种现实。"他认为这种柔性电池设备可以为可穿戴设备进行供电,这将促成屏幕直接使用在衣服布料中,实现更好的健康监测功能和显示设备的可穿戴化。     

PEDOT:PSS在柔性可穿戴太阳能电池中的应用进展

新一代柔性高效太阳能电池将太阳能转换成电能，并具备质轻、可溶液加工等特点，为柔性可穿戴电子供能，在可穿戴领域潜力巨大。聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonic acid, PEDOT:PSS)是一种典型的导电高聚物，具备高导电性能、高透明性、强机械柔性等特点，在柔性太阳能电池中应用广泛，也是影响柔性太阳能电池性能的关键因素之一。本文综述了PEDOT:PSS作为电极、空穴传输层在柔性太阳能电池中的研究现状，总结提升PEDOT:PSS相关性能的方法，并对柔性太阳能电池的发展方向与发展前景进行了展望。     

利用废水发电的新设备

宾夕法尼亚州立大学的科学家正在开发一种将废水转化为能量的新设备。该装置被称为微生物燃料电池，不但可以处理废水，还能在处理过程中提供一种清洁能源。具有巨大的经济潜力。     

能提供电源的服装

<正>最新来自韩国和澳大利亚的研究者称,未来将会出现一种质地柔软耐久的可充电衣服。它可以通过收集由人体活动所造成的静电来给可穿戴设备充电。类似于Apple Watch这样耗电极快的可穿戴设备将会在未来逐渐兴起,但是电池使得这些新奇的小工具受到极大的限制。尽管可弯曲,可拉伸电池可以摆脱电池形状的限制,但是电池电量和使用寿命一直没有得到解决。     

纺织基柔性触觉传感器及可穿戴应用进展北大核心CSCD

触觉传感器是智能可穿戴设备和人机交互领域的重要研究方向,引起了人们广泛的关注。传统刚性材料的触觉传感器普遍存在坚硬且不适合穿戴交互等瓶颈问题,限制了其在可穿戴领域的应用。纺织基柔性触觉传感器由于其高灵敏性、柔软性和可穿戴性成为触觉传感材料的首选。本文综述了几类纺织基柔性触觉传感器的原理和应用,包括电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。结果表明:纺织基柔性触觉传感器由于其特殊的纺织结构,有优异的线性度、灵敏度、耐久性和稳定性。高灵敏性、耐久性和可穿戴性是纺织基柔性触觉传感器的优势和重要发展方向。