東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“可發(fā)電”的服裝材料

近日，東華大學(xué)材料學(xué)院王志宏教授課題組在可穿戴電子產(chǎn)品領(lǐng)域取得突破，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種“可發(fā)電”的服裝材料，使真正的“能源衣”成為現(xiàn)實(shí)。

隨著可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，人們對可穿戴能源的需求逐漸增大。由于傳統(tǒng)電池存在缺乏柔韌性、不可拉伸、難以編織等局限性，柔性隨身能源材料與器件發(fā)展獲得了大量關(guān)注。但是，目前可穿戴電源的研究多數(shù)展示了“佩戴”形式的能源器件，其主要作為服裝的附加品，仍缺乏穿著舒適性。相比之下，服裝本體如果成為現(xiàn)成的物理載體，是更為理想的可穿戴功能集成平臺。鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為纖維、紗線、織物等服裝材料將成為新一代發(fā)電載體。

在試驗(yàn)中，研究人員利用工業(yè)級的紡絲設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了可拉伸摩擦發(fā)電紗線的連續(xù)化與規(guī)模化生產(chǎn)。此類發(fā)電紗線由高彈性聚合物材料（橡膠）與螺旋金屬纖維構(gòu)成，這兩類本征彈性體與非本征彈性體，通過皮芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合二為一，具有協(xié)同應(yīng)變行為。發(fā)電紗線在拉伸、彎曲、扭曲等應(yīng)變下，內(nèi)部兩類材料間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，可產(chǎn)生毫瓦級的輸出功率。研究人員深入探討了金屬與非晶聚合物接觸/分離的單電極勢阱模型，首次提出了摩擦發(fā)電器件的電勢/極化耦合效應(yīng)的假設(shè)。借助特殊的皮芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與耦合增益發(fā)電機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的發(fā)電紗線無需借助與其他物體的相互作用即可自發(fā)電，并能夠應(yīng)用于不同氣氛環(huán)境甚至是液體中。

在此基礎(chǔ)上，研究人員使用工業(yè)級的織樣機(jī)將發(fā)電紗線進(jìn)行編織，得到了具有彈性的發(fā)電織物，其同樣具有兩棲工作的能力。研究還同時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電紗線亦可與其他市售纖維如尼龍纖維、聚丙烯腈纖維等共同編織，紡織品的透氣性、舒適性、發(fā)電功率便可有效調(diào)控。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)可以穿著發(fā)電織物制成的“能源衣”，展示其為電子設(shè)備鋰電池充電、驅(qū)動(dòng)無線信號傳輸系統(tǒng)、捕捉人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等功能。 （來源：新民晚報(bào)）