作為可穿戴微型電子設備的能量來源，摩擦納米發(fā)電機(TENG)作為新型能量收集技術(shù)，可將人體機械能或其它形式的能源轉(zhuǎn)化成電能，在可穿戴領域展現(xiàn)了巨大的應用前景。紡織品因具獨特的柔性、透氣性與可穿戴特性，通過將紡織元素引入到TENG，為單電極摩擦納米發(fā)電機作為可穿戴電源構(gòu)建了自供電可穿戴傳感器提供了新思路。然而，目前為止已有的大部分研究中能量收集系統(tǒng)并不都是使用可持續(xù)材料制備，大部分使用不可生物降解的塑料基材或不易降解的PTFE作為摩擦負極材料，從而對環(huán)境產(chǎn)生了不利的影響。
近日，武漢紡織大學于志財特聘教授課題組基于纖維的順服性，接觸起電和靜電感應耦合機制，設計制備了一種低成本、可生物降解的棉織物基柔性單電極TENG，其主要作為微型電子器件能源供給平臺應用于智能消防服裝。以萊卡棉/聚吡咯復合織物為柔性電極，以資源豐富的可再生殼聚糖/植酸取代傳統(tǒng)降解性差的PTFE組裝在導電織物上作為阻燃摩擦負極材料，獲得兼具可生物降解與阻燃性能優(yōu)異的織物基單電極TENG，也可作為自驅(qū)動傳感器對消防員的人體動作的識別，感知相關安全信息。該可穿戴單電極TENG，在解決消防服用電子產(chǎn)品能源供給問題的同時，拓寬了摩擦負極材料的選擇范圍，在利用可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的材料制備能量收集系統(tǒng)提供了設計思路。該項成果以題“Biodegradable and flame-retardant cellulose-based wearable triboelectric nanogenerator for mechanical energy harvesting in firefighting clothing”為題發(fā)表在Carbohydrate Polymers（影響因子11.2，一區(qū)TOP）期刊上。武漢紡織大學于志財為第一作者，何華玲為唯一通訊作者。
圖1. LPCP-TENG的制備過程及性能展示
圖2. LPCP-TENG對人體不同部位機械能的收集與人體動作識別的自驅(qū)動傳感應用
圖3使用土壤埋藏試驗對LPCP-TENG進行降解研究
該工作是課題組近期關于織物基柔性單電極TENG材料相關研究的最新進展之一。此外，火災預警材料與消防服用自供電溫度傳感纖維材料的應用研究一直是該課題組的重點研究方向之一，并在ACS Nano, 2022, 16:2953-2967 (ESI高被引論文)、Chemical Engineering Journal, 2023, 460:141661 (ESI高被引論文)、Nano-Micro Letters, 2023, 15, 226、Chemical Engineering Journal, 2023, 477, 147187、Composites Part B: Engineering, 2022, 247:110348等國際期刊發(fā)表了一系列科研成果。
原文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122040
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