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東華大學(xué)覃小紅教授、納米能源所蒲雄研究員 Nano Energy：連續(xù)制備納/微取向纖維基防水透濕、耐磨可水洗織物摩擦納米發(fā)電機(jī)
2022-10-20  來(lái)源：高分子科技

  電子紡織品已經(jīng)發(fā)展成為一種集多功能于一體的柔性電子平臺(tái)，但由于傳統(tǒng)工藝制備的紡織基電子面料的比表面積小，電荷密度低，而對(duì)其進(jìn)行二次加工，往往會(huì)破壞面料自身的性能（如：柔軟性、透氣性、透濕性等舒適性能）。因此開(kāi)發(fā)一種制備工藝簡(jiǎn)便、舒適性能優(yōu)異的紡織基自供電式電子設(shè)備尤為重要。


 

  近日，東華大學(xué)覃小紅教授課題組與中科院納米能源所蒲雄研究員團(tuán)隊(duì)合作，連續(xù)制備了一種納/微包芯紗基防水透濕織物摩擦納米發(fā)電機(jī)，用于能量收集、自供電濕度監(jiān)測(cè)以及壓力傳感系統(tǒng)。該工作采用共軛靜電紡紗技術(shù)連續(xù)制備軸向排列的納/微包芯紗（CSYs），一步成型，其中Ag/nylon紗作為導(dǎo)電芯紗，PCL和表面改性的PVDF納米纖維包覆在芯紗周圍，作為摩擦層材料，皮層纖維呈取向排列，不僅增加了紗線的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且與芯層的接觸面積更大，兩者均編織成簡(jiǎn)易的平紋織物，組合成全纖維基雙電極摩擦納米發(fā)電機(jī)（CSYF TENGs）。由于皮鞘多級(jí)結(jié)構(gòu)和大的比表面積，CSYF TENGs展示出優(yōu)異的電學(xué)性能輸出，良好的耐久性和生物力學(xué)壓力敏感性；此外還具有出色的舒適性（防水、透濕，以及柔軟度），耐水洗和耐磨性能。由于納米纖維皮層具有良好的芯吸作用，CSYF TENGs對(duì)濕度極為敏感，其電學(xué)性能輸出對(duì)濕度可達(dá)到快速相應(yīng)及迅速恢復(fù)，可以作為理想的自供電濕度傳感器。該CSYF TENGs可作為生物能量收集器，自供電微弱力傳感器，織物基電子皮膚，展示了其在可穿戴TENGs和自供電電子紡織品中的潛在應(yīng)用價(jià)值。

 

圖1. 單軸取向排列納/微包芯紗（CSYs）和對(duì)應(yīng)CSYF TENG的制備及形貌示意圖。


 

圖2. CSYF TENGs作為自供電濕度傳感器的性能展示。


 

圖3. CSYF TENGs作為壓力傳感器的性能表征以及自供電可穿戴鍵盤的工作原理。


  本文通過(guò)簡(jiǎn)易的共軛靜電紡紗技術(shù)一步法成功制備了納米纖維取向排列的納/微結(jié)構(gòu)包芯紗，編織成織物可組裝成雙電極摩擦納米發(fā)電機(jī)，可用于機(jī)械能的收集和轉(zhuǎn)換，其展示出優(yōu)異的電學(xué)輸出性能，較高的壓力靈敏性，以及靈敏的濕度傳感性能。此外，該納米纖維織物基TENGs不僅具有出色的舒適性，比如：防水透濕性、柔軟性、質(zhì)輕等，而且可耐機(jī)洗，以及良好的耐磨性。這種可連續(xù)化制備皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維紗線基電子面料，展示了其在摩擦納米發(fā)電領(lǐng)域及自供電電子系統(tǒng)中存在巨大的應(yīng)用潛力，對(duì)其商業(yè)化的發(fā)展具有一定的意義。


  該工作以“Continuously fabricated nano/micro aligned fiber based waterproof and breathable fabric triboelectric nanogenerators for self-powered sensing systems”為題發(fā)表在在Nano Energy期刊上，文章共同通訊作者為覃小紅教授和蒲雄研究員，共同第一作者為東華大學(xué)博士生周夢(mèng)娟和中科院納米能源所博士生許凡和馬麗蕓博士。


  原文鏈接：https://authors.elsevier.com/c/1fw7d7soS82KuO

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