织物电极的制备及其在间隔织物摩擦纳米发电机的应用研究进展

摩擦纳米发电机(TENG)技术与传统纺织品的融合，为智能纺织品带来了新的活力和更多的应用方向。然而基于纺织品的TENG输出仍处于较低的水平，织物结构上的导电层影响电荷传输可能是原因之一。本文从织物基摩擦纳米发电机的导电层和特殊间隔织物结构研究出发，综述了摩擦纳米发电机的织物电极的制备方法，以及其在间隔织物TENG的应用现状。在此基础上，讨论了织物电极阻碍其输出的潜在困难和严峻挑战。希望不仅能在一定程度上加深智能纺织品与TENG之间的联系，也能为未来可穿戴TENG的相关研究和应用提供一些参考。     

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。     

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。     

绒面织物基摩擦电式压力传感器的制备及其应用

传统压力传感器普遍存在可穿戴性差、电源供电不便等瓶颈问题，限制了其在可穿戴领域的应用，因此，研发具有柔性可穿戴和自供电功能的传感器是亟需突破的新策略。受冬季绒面衣物与人体摩擦易产生静电的启发，将摩擦纳米发电技术与柔性纺织材料相结合，提出了一种基于纺织结构的新型摩擦纳米发电机。以不同绒面织物作为摩擦层材料，制备了一种摇粒绒织物基摩擦电式自供电压力传感器(f-TENG),研究绒面结构类型对摩擦电输出性能的影响规律。f-TENG的绒面结构和高比表面积赋予了其良好的可水洗、连续化生产、低成本的特点，以及出色的电输出性能(40 V,5 cm×5 cm),可以点亮50个串联的LED灯泡。f-TENG可被用于多种应用场景中，采集人体运动的能量产生电信号，展示了纺织品在自供电智能可穿戴设备方面的应用潜力。     

纤维素基摩擦纳米发电机的应用研究进展

对摩擦纳米发电机（TENG）进行了简单介绍,并介绍了不同纤维素材料在TENG中的作用,总结了纤维素基TENG的优势及优化策略,系统阐述了纤维素基TENG在能量收集、传感器、环境监测、杀菌消毒、空气净化和金属保护等领域中的应用。     

基于柔性纺织材料的摩擦纳米发电机及其应用

探讨基于柔性纺织材料的摩擦纳米发电机及其在可穿戴技术中的应用。介绍了摩擦纳米发电机的分类及工作原理,总结了柔性纺织材料在TENG的应用及其应用形式。认为:现阶段TENG仍存在一些问题,如输出电流信号较大,应用局限性大;为了能够更好地结合纺织服装,结构还需进一步优化;需要进一步研发匹配的储能单元。     

电子织物在智能可穿戴领域的研究进展

随着人类社会的发展和科学技术的进步，智能可穿戴设备越来越受到关注。在各种类型的智能可穿戴设备中，将织物与电子器件相结合的电子织物有望在健康监测、运动监测、智能医疗和人机交互中发挥重要作用。本文旨在回顾电子织物在智能可穿戴领域的最新进展，从而为今后的工作提供全面的指导参考。重点讨论了电子织物在传感，发光，能量收集和能量存储中的趋势和最新进展。并提出了电子织物在智能可穿戴领域的未来发展方向。     

智能气凝胶纤维可实现热防护与火灾预警同步双功能

近日,武汉纺织大学王金凤教授团队报道了一种兼具灵敏火灾预警与自供电能力的超轻可穿戴消防服用火灾预警电子纺织品,该研究基于摩擦纳米发电机(TENG)机理,结合气凝胶纤维的轻质、可编织性及半导体纳米材料的温度响应电阻变化特征,成功制备出一种超灵敏温度响应与自供电能力的电子织物,为消防服装提供实时的火灾温度监测及智能定位功能.     

柔性全编织摩擦纳米发电织物的制备

为使柔性摩擦纳米发电机更好地贴合人体,且方便制备,将柔性摩擦纳米发电机进行服饰化。通过锥形 编织的方法将锦纶（PA6）与涤纶（PET）缝纫线分别缠绕在镀银的金属长丝表面,形成2 种皮芯结构的复合导电纤 维绳,其中皮层PA6与PET纤维缝纫线作为摩擦层,芯层镀银金属长丝作为电极层,将2 种复合导电纤维绳经机织 制备成柔性自供能织物作为摩擦纳米发电机,收集人体运动机械能并转化为电能,进而为可穿戴设备供电;同时对 该发电织物的表面形貌和输出性能进行表征。结果表明：这种摩擦纳米发电织物的开路电压为20.0 V,短路电流 为1.50 μA,瞬时功率最大为1.6 mW/m² ;该柔性摩擦纳米发电机由缝纫线编织而成,具有很好的柔性、透气性以及水洗性,材料廉价易得,且制备工艺简单。     

摩擦电纱线耐磨性能大步提升

正随着可穿戴设备的快速发展,基于摩擦电技术的新型纤维电子器件在机械能收集和自驱动传感方面展现了广阔的应用前景。为了提高器件的电学输出,研究人员倾向于使用具有高比表面积的纳米结构来增强表面电荷密度。然而,纳米结构在与其他摩擦材料接触时会承受较高的局部压力,从而极易磨损。同时,因磨损而暴露的材料可能改变原有材料的摩擦极性,导致电子纺织品的电性能严重下降。此外,现有的摩擦电纱线与商业纱线产品相比,在细度、长径比、耐磨性、连续化制备、可编织性等方面仍有很大差距。     

智能可穿戴纺织品用电活性纤维材料

为促进智能纤维材料和智能可穿戴纺织品的发展,对智能可穿戴纺织品用电活性纤维材料进行了全面的陈述。总结了近几年纤维基和织物基智能可穿戴纺织品的发展现状;介绍了电活性纤维材料的定义、常用制备方式、发展过程以及最新研究进展,并对其应用领域进行系统分类与性能探讨,包括应变传感、电致变色、智能调温、能量收集与存储等领域;讨论了目前电活性纤维材料用于智能可穿戴纺织品的发展潜力和面临的问题;最后指出其未来发展方向,以期为电活性纤维材料在智能可穿戴纺织品中的广泛应用提供理论和技术参考。     

有机导电纤维与羊毛混纺应用性能研究

将有机导电纤维与羊毛混纺制成纱线与织物,测试纱线电阻值及织物表面摩擦电荷密度,研究导电纤维含量、织物组织结构及纱线线密度对织物抗静电性能的影响.结果表明:随着导电纤维含量增加,纱线电阻值下降,织物表面摩擦电荷密度下降;纱线越细,织物表面摩擦电荷密度越大,抗静电性能越差;机织结构比针织结构具有更好的抗静电性能.     

导电水凝胶基摩擦纳米发电机的性能优化与应用研究进展

近年来,摩擦纳米发电机（TENG）作为新兴的供能装备备受关注,水凝胶作为一种集透明、柔性、导电和自愈合等性能于一体的多功能材料,成为制备TENG的热门材料,本文首先对TENG的基本原理进行了介绍,对水凝胶基TENG在输出性能、环境适应性能及自愈合性能等热点研究的最新报道进行了系统的归纳与总结,详述了其在自供电传感器、能量采集设备、生物医疗及人机交互等方面的应用,总结了当前水凝胶基TENG面临的主要挑战,并对其潜在的发展方向进行了展望。     

可穿戴技术在纺织服装中的应用研究进展

为促进可穿戴技术与智能纺织服装领域的融合及产业化发展,系统介绍了近年来国内外关于可穿戴设备的材料、制备方法与工艺及其特点。针对目前可穿戴技术在纺织服装领域的研究现状,介绍了可穿戴设备的发展历程及其柔性化进程,对纺织服装领域用可穿戴设备进行了分类;详细阐述了信号感测、收集与传输装置、能量收集与管理装置、纺织天线等典型柔性可穿戴设备的发展现状;最后讨论了目前可穿戴设备存在的一些问题,并对其未来的发展趋势和前景进行展望。     

可穿戴服饰中分布式发电技术应用分析

为促进分布式发电技术在可穿戴服饰领域中的应用,阐述了分布式发电特征。主要从材料特性、电源与可穿戴服饰结合方式、分布式发电在不同领域的应用情况等角度,综述了近年来可穿戴服饰充电、储电及发电技术的研究成果。介绍了相关技术的基本类型,探讨当前可穿戴服饰中能源应用存在的不足,并对其发展趋势进行了展望。     

窗帘摩擦静电的电荷量研究

在温度为(20±2)℃、相对湿度为(40±3)%的环境条件下,采用试验方法研究了织物在不同摩擦次数下产生的电荷量的多少,重点研究了窗帘与金属、玻璃、其他织物的摩擦,以反映窗帘等织物表面在实际生活中的可能带电的大小,为研究静电对颗粒物在织物表面上沉积的影响提供数据支撑。结果表明:织物摩擦所产生电荷量主要由织物的材质、结构特点和摩擦功决定;织物上所带电荷量的大小与摩擦次数呈对数函数关系或常函数关系;在(40±3)%相对湿度情况下,涤纶窗帘在日常生活中产生的电荷量面密度为0.109μc/m~2～2.19μc/m~2。     

渐成主流的E-服装一瞥

智能织物和可穿戴技术对研究人员、设计者和工程师来说，是一个独特而必要的对象，他们要通过跨学科和交互领域来研发纺织品及成衣产品，要通过整合传感、驱动、电子、能量等方面对纺织结构进行创新。由于智能织物具有功能多、穿着轻巧舒适的特点，被视为高生活品质的促进者和生物医学发展的推进者。它有利于促进医疗保健产业发展，有助于纺织、时尚和服装设计方面的学术研究。     

三维间隔织物编织工艺及应用

三维间隔织物是一种具有特殊结构的新型纺织材料。文章介绍了经编和纬编间隔织物的编织工艺和织造方式,归纳了间隔织物作为新型材料在垫用、服用、车用、建筑、农用、过滤、包装等方面的常规应用,重点讲述了三维间隔织物在可穿戴领域的研究现状和研究成果,包括传感器、电容器、发电机、纺织天线等智能器件,为间隔织物在可穿戴领域的应用和发展提供了参考。     

有助于运动训练和理疗的智能织物

正美国达特茅斯学院(Dartmouth college)计算机科学研究小组开发出一种智能面料,可帮助运动员和理疗患者纠正手臂角度,从而优化性能、减少伤害并加速康复。文中提及的织物传感系统是一种柔性的、运动数据收集型织物,用于监测关节旋转状态下的肌肉组织运动状态。可穿戴设备的轻量级、低成本且可洗涤并感觉舒适特点,成为各种运动的参与者或病人疗伤的理想选择。相关的研究发表在关于ACM互动、移动、可穿戴等方面的技术论文集上。     

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。