广西大学/纳米能源所Nano Energy:柔性可拉伸智能织物,具有能量收集、力致发光和机械传感功能

一、文章概述

 
 

可穿戴传感器+摩擦纳米发电机(TENG)+纤维织物,这一组合是近年来自供能柔性可穿戴设备研究最为热门的方向之一。该组合制造的智能织物结合了人体生理信号监测、能量收集能力以及织物的低成本、结构简单等优越特性,在可穿戴自供电传感、人机交互等方面具有广阔的发展前景。未来,TENG织物性能改进和大面积应用应当充分改善其渗透性、与皮肤相容性(包括透气性)、可重复使用性以及多功能实时感测能力。

近日,广西大学联合中科院北京纳米能源所的科研团队报道了一种具有柔软、可拉伸、透气、力致发光、皮肤贴合性、可洗性、可重复使用性的多功能自供电可穿戴TENG织物,该织物可用于以多种方式收集机械能、实时监控和显示生理信号。相关研究成果以题为“Flexible and stretchable triboelectric nanogenerator fabric for biomechanical energy harvesting and self-powered dual-mode human motion monitoring”发表在国际顶尖期刊Nano Energy (IF=16.602)上,引起了本领域的广泛关注。

二、图文导读

 
 

(1)通过使用螺旋弹簧作为电极和支撑层,并由机械发光的ZnS:Cu/PDMS材料均匀地包覆,这种具有多层交错的纤维网络和大量三维孔状结构的自供电可穿戴TENG织物为机械传感和能量收集提供了高比表面积。

图1. TENG的制造过程和结构特征。

 

(2)此外,TENG织物可以通过将两端钩在一起以进行拼接和修整,从而实现其长度的可调节性,以更好地与身体尺寸保持一致,而无需其他材料即可轻松穿着。

图2.不同层的TENG的结构和电气特性。

 

(3)当受制于外部环境影响时(例如机械传感功能受到影响),TENG织物还具有机械发光性能,可以将机械能实时转换为光信号,从而可以更直观地观察力的变化。

图4.用于机械感应和能量收集的TENGs智能织物。

 

(4)这种可穿戴TENG织物作为传感器能够以实时、可视化、无创、自供电和双模式感应(机械传感和力致发光)的方式,进行检测全身关节运动(例如手指、手腕、脖子、肘部、肩膀、膝盖、脚踝和脚底)。

图5.TENG织物用于监测全身生理信号和关节弯曲程度。

 

(5)总之,该工作提出了一种具有透气性、与皮肤具有良好的相容性、可重复使用性和力致发光能力的多功能TENG织物,该织物具有能量收集和高灵敏度感测的功能,可有助于促进TENG织物在医疗康复和人机交互等中的更可靠和持久的应用。

通过力致发光监视手指、手腕、脖子、肘部和手臂的生理信号。

 

三、论文信息

 
 

 

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2021年4月14日 13:25
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