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  為應(yīng)對(duì)未來(lái)以人為導(dǎo)向可穿戴功能性電子設(shè)備和分布式微納傳感網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展帶來(lái)的電能供應(yīng)和無(wú)負(fù)擔(dān)式攜帶的挑戰(zhàn)，新一代智能紡織品將傳統(tǒng)紡織工藝與摩擦納米發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，所開發(fā)的摩擦納米發(fā)電織物有利于實(shí)現(xiàn)自主式機(jī)械能收集利用和自驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳感。然而，基于摩擦納米發(fā)電機(jī)智能紡織品的大規(guī)模應(yīng)用目前仍存在兩大瓶頸—電量輸出低和傳感能力弱。因此，設(shè)計(jì)一種具有高功率輸出和高傳感靈敏度的智能發(fā)電織物是極其有必要的。

  近日，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王杰研究員和王中林院士研究團(tuán)隊(duì)在智能發(fā)電與傳感織物方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》上。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的形狀可設(shè)計(jì)且高度壓縮回彈的三維編織結(jié)構(gòu)智能發(fā)電和傳感織物。這種三維編織智能發(fā)電和傳感織物由外編織支撐框架和內(nèi)軸芯柱組成三維空間框架柱結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在壓縮載荷卸除下的快速回復(fù)。該三維編織智能發(fā)電和傳感織物具有高的壓縮回彈性（壓縮回彈系數(shù)：60%）、多樣的截面形狀設(shè)計(jì)（矩形、正方形、圓環(huán)形等）、增強(qiáng)的電量輸出（峰值功率密度：26 W m^-3）、微小壓力快速響應(yīng)以及振動(dòng)能量收集能力。該研究工作將這種三維編織結(jié)構(gòu)智能織物應(yīng)用在具有人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)距離安全救助功能的智能鞋、以及具有入口防護(hù)和入侵預(yù)警功能的自驅(qū)動(dòng)身份識(shí)別地毯中。該研究工作的第一作者為董凱副研究員，彭曉碩士為共同第一作者，王杰研究員和王中林院士為通訊作者。

圖1. 能量（發(fā)電）紗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及性能分析。(a) 多軸向紗線纏繞機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中左上角放大部位為交織口。(b) 具有連續(xù)多軸向纏繞紗線的紗軸照片。(c) 一種具有十軸向纏繞紗線的表面形貌SEM圖。(d) 十軸向纏繞紗線的結(jié)構(gòu)示意圖。不同顏色設(shè)計(jì)的目的是便于觀察單個(gè)紗線在多軸向纏繞紗線中的分布和移動(dòng)軌跡。(e) PDMS包覆能量紗的橫截面SEM圖。(f) 纏繞紗線數(shù)量對(duì)能量紗電輸出性能的影響。(g) 不同直徑PDMS包覆能量紗的實(shí)物照片。(h) PDMS包覆直徑對(duì)能量紗電輸出性能的影響。(i) 在PDMS包覆能量紗直徑為2 mm、纏繞紗線根數(shù)為8根和加載頻率為3 Hz的條件下，PDMS包覆能量紗在不同外接電阻下的電流密度和功率密度。

圖2. 三維編織摩擦納米發(fā)電織物的結(jié)構(gòu)特征、工作原理和輸出性能。(a) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物的結(jié)構(gòu)特征，其主要包括外編織支撐框架和內(nèi)軸芯柱兩部分。(b) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物的實(shí)物照片。(c) 三維四步法矩形編織工藝示意圖。(d) 攜紗器在編織機(jī)床中的分布，其中編織紗攜紗器和軸紗攜紗器分別用“O”和“X”來(lái)表示。(e) 單根攜紗器及其綁定紗線的運(yùn)行軌跡。單根編織紗攜紗器及其綁定紗線分別用橙色和黑色線表示，單根軸紗攜紗器及其綁定紗線用藍(lán)色線表示。(f) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物在垂直接觸分離模式下的工作原理示意圖。(g-i) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物在不同加載頻率下(1-5 Hz)的電輸出性能，包括開路電壓(g)、短路電流(h)和短路電荷傳輸(i)。

圖3. 編織參數(shù)對(duì)三維編織摩擦納米發(fā)電織物的電輸出性能影響。(a) 比較三維編織摩擦納米發(fā)電織物與多層堆疊二維三軸向編織發(fā)電織物的短路電流輸出，其中它們各自照片和結(jié)構(gòu)示意圖顯示在相應(yīng)曲線下方。(b) 具有正方形和圓環(huán)形截面三維編織摩擦納米發(fā)電織物的結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物照片。(c) 比較具有矩形、正方形和圓環(huán)形截面三維編織摩擦納米發(fā)電織物的功率輸出密度。(d) 編織紗數(shù)量(包括3 × 3, 5 × 5, 7 × 7和9 × 9)對(duì)三維編織摩擦納米發(fā)電織物的電輸出性能影響。(e, f) 比較正方形截面三維編織摩擦納米發(fā)電織物在不同編織紗線數(shù)量下的(e)電流和(f)功率輸出。(g) 編織角(包括30°, 45°和60°)對(duì)三維編織摩擦納米發(fā)電織物的電輸出性能影響。(h, i) 比較正方形截面三維編織摩擦納米發(fā)電織物在不同編織角下的(h)電流和(i)功率輸出。

圖4. 三維編織摩擦納米發(fā)電織物的壓力靈敏度、工作穩(wěn)定性和可洗性。(a)三維編織摩擦納米發(fā)電織物在壓縮、保持和釋放過(guò)程中的載荷位移曲線。(b) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物在不同壓力載荷下的開路電壓和短路電流輸出。(c) 三維編織摩擦納米發(fā)電織物對(duì)不同外界物體的壓力靈敏度。(d) 在振動(dòng)頻率為10 Hz時(shí)，三維編織摩擦納米發(fā)電織物的振動(dòng)機(jī)械能量收集能力。其中，嵌入的上下圖片分別為放大的開路電壓輸出曲線和振動(dòng)能量采集原理。(e) 在連續(xù)加載一個(gè)月后，三維編織摩擦納米發(fā)電織物的穩(wěn)定性和耐久性分析。(f) 在洗滌20次后，三維編織摩擦納米發(fā)電織物的可洗性分析。(g)三維編織摩擦納米發(fā)電織物在驅(qū)動(dòng)電子器件時(shí)的充電電壓曲線。其中嵌入的圖片為電子器件在啟動(dòng)工作時(shí)的狀態(tài)。

圖5. 一種智能鞋類系統(tǒng)用于人體運(yùn)動(dòng)行為監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)距離緊急救援。(a) 用于實(shí)時(shí)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能鞋類系統(tǒng)的流程圖，包括信號(hào)采集系統(tǒng)、無(wú)線傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理程序和軟件輸出界面。(b) 智能鞋類系統(tǒng)在走路（藍(lán)色）和跑步（紫紅色）交替運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)時(shí)電壓信號(hào)。(c, d) 在走路(c)和跑步(d)下的放大電壓信號(hào)比較，其中走路和跑步每一步所需間隔時(shí)間分別為12秒和6秒。(e) 智能鞋類系統(tǒng)在夜間安全防護(hù)和遠(yuǎn)距離緊急求助的應(yīng)用演示。

圖6. 一種自驅(qū)動(dòng)身份識(shí)別地毯用于安全防護(hù)和入侵預(yù)警。(a) 自驅(qū)動(dòng)身份識(shí)別系統(tǒng)的流程圖。其中，在屏幕上將會(huì)顯示三種狀態(tài)，包括“√”、“×”、和“×”并同時(shí)伴有報(bào)警聲。(b) 在身份識(shí)別地毯上人體運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖。其中，紫紅色、藍(lán)色和棕色虛線分別表示整個(gè)人、左腳和右腳的運(yùn)動(dòng)路徑。(c, d) 設(shè)定的行走密碼路徑(c)和實(shí)時(shí)行走軌跡路徑(d)的示意圖。(e-g) 在身份識(shí)別地毯上的實(shí)時(shí)行走軌跡，包括正確密碼路徑(e)、首次錯(cuò)誤密碼路徑(f)和連續(xù)三次以上錯(cuò)誤密碼路徑(g)。64個(gè)相應(yīng)傳感單元的電壓信號(hào)呈現(xiàn)在相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡的下方，并且所踩到的傳感單位的位置被標(biāo)注在每個(gè)曲線上方。

  全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16642-6

參考文獻(xiàn)：

1. Dong K, Peng X, Wang J. Wang Z L. et al. Shape adaptable and highly resilient 3D braided triboelectric nanogenerators as e-textiles for power and sensing. Nature Communications, 2020, 11: 2868.

2. Dong K, Peng X, Wang Z L. Fiber/Fabric-Based Piezoelectric and Triboelectric Nanogenerators for Flexible/Stretchable and Wearable Electronics and Artificial Intelligence. Advanced Materials, 2020, 32(5): 1902549.

3. Dong K, Wu Z, Deng J, Wang A. C, Zou H, Wang Z L, et al. A Stretchable Yarn Embedded Triboelectric Nanogenerator as Electronic Skin for Biomechanical Energy Harvesting and Multifunctional Pressure Sensing. Advanced Materials, 2018, 30(43): 1804944.

4. Dong K, Deng J, Ding W, Wang Z L, et al. Versatile core-sheath yarn for sustainable biomechanical energy harvesting and real-time human-interactive sensing. Advanced Energy Materials, 2018, 8(23): 201801114.

5. Dong K, Deng J, Zi Y, et al. 3D Orthogonal Woven Triboelectric Nanogenerator for Effective Biomechanical Energy Harvesting and as Self-Powered Active Motion Sensors. Advanced Materials, 2017, 29(38): 201702648.