研究背景

摩擦纳米发电机(TENG)是一种利用摩擦起电和静电感应的耦合效应将机械能转化为电能的技术。纺织TENG将TENG与传统的服装纺织技术相结合，为传统柔性可穿戴电子设备的电源提供了一种替代策略。它可用于能量采集，如机械、风、水滴等。同时，纺织品TENGs也表现出许多优势，如多样化的材料选择、环境友好性、低成本等。此外，纺织TENGs还可作为柔性传感器用于人体运动监测(行走、跑步等)、呼吸监测、睡眠监测等。虽然纺织TENGs在柔性传感领域得到了广泛的应用，但它忽略了智能织物制备工艺这一关键问题，使其在规模化制备和应用方面受到了不同程度的限制。例如，大多数摩擦起电纤维的制备方法通常是在导电材料上涂抹电介质材料，制备过程复杂，成本高，制备时间长，且不均匀。在传统服装表面直接涂抹导电材料，会降低智能织物的透气性和舒适性，而且随着洗涤时间的延长，涂抹在表面的物质会逐渐脱落，所有这些问题都严重制约了纺织TENG在可穿戴柔性设备中的应用。

研究成果

灵活的、可穿戴的能量采集装置和多功能传感器已被广泛报道，但在大规模制造过程中仍然存在挑战。北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队报告了芯壳式编织摩擦电纤维的大规模制造方法，该纤维表现出稳定的结构和强大的抗拉强度，可以进一步集成到不同织物结构的动力纺织品中，如编织和针织，以达到生物力学能量采集或足底压力监测的目的。集成在针织动力纺织品上的摩擦电编织纤维表现出良好的压力敏感性和抗疲劳性，与传统的袜子相结合,可以测量不同位置的足底压力分布。编织动力纺织品表现出高电输出，可用于生物力学能量采集，并可轻松点亮116个商用LED。这种大规模的制备方法为动力纺织品在自供电的可穿戴电子设备和人机界面的应用提供了更多的可能性。相关研究以“Large-scale fabrication of core-shell triboelectric braided fibers and power textiles for energy harvesting and plantar pressure monitoring”为题发表在EcoMat期刊上。

研究亮点

1. 报告了一种大规模制造芯壳型摩擦电编织纤维的方法。通过将聚偏二氟乙烯(PVDF)纱线编织在涂银的尼龙纱线上，制备出厚度均匀、长度连续的编织纤维。2. 这种芯壳式摩擦电编织纤维可以进一步扩展到基于不同织物成型技术的动力纺织品，如编织和针织，以实现能量收集和自供电传感功能。

图文导读

FIGURE 1 Structure design and performance analysis of the core-shell triboelectric braided fibers.

FIGURE 2 Structural characteristic, operational principle, and output performance of the core-shell triboelectric braided fibers integrating on weaving and knitting power textiles.

FIGURE 3 Energy harvesting performance of the weaving power textiles.

FIGURE 4 Sensing features and demonstration of the knitting power textiles.

FIGURE 5 A plantar pressure mapping system for different poses.

总结展望

综上所述，芯壳式摩擦电编织纤维的制备方法简单、连续、均匀，适合大规模工业生产。芯壳式摩擦电编织纤维是以八根轴向缠绕的纱线(PVDF 纱线)为外壳，以一根导电纱线(镀银尼龙纱线)为芯材，在此基础上制作而成。此外它被进一步制备成具有可水洗、可变形、可透气和舒适的编织结构的动力纺织品。织造动力纺织品表现出高电输出(VOC为26 V，QSC 为8.5 nC, ISC 为129 nA (3Hz))，可以点亮约116个LED。编织动力纺织品表现出稳定的拉伸强度(大约50个拉伸周期)、机械变形和高灵敏度。此外，以针织动力纺织品为传感单元的智能袜被用于不同人体姿势的足底压力测绘，显示了可穿戴智能纺织品的广阔前景。

文献链接

Large-scale fabrication of core-shell triboelectric braided fibers and power textiles for energy harvesting and plantar pressure monitoring, DOI: 10.1002/eom2.12191

https://doi.org/10.1002/eom2.12191