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物理电子学讨论所胡又凡特聘商讨员课题组在可穿戴织物电子零器件商量中得到关键進展

物理电子学讨论所胡又凡特聘商讨员课题组在可穿戴织物电子零器件商量中得到关键進展

作者:科技科学    来源:未知    发布时间:2020-01-19 07:39    浏览量:

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技术的不断进步给传统织物带来了新的能力,使得人们有可能改变与其服装和其他纺织产品交互的方式。近来引起关注的智能织物可与穿戴者或环境进行数据跟踪和交互,在人类健康、远程医疗、公共安全、国防等重要领域都具有广泛的应用前景。然而,在目前这种技术的发展中,其真正全部潜力的释放,仍然存在几个巨大的挑战,特别是与现有纺织工业技术的兼容性与可扩展性,以及织物的可洗涤性,这对材料、器件设计和制造工艺提出了更为苛刻的要求。

中新网上海2月25日电 东华大学25日发布消息称,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士和丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在可穿戴发电织物研究领域取得重要进展,相关成果以《应用于智能可穿戴的高柔软、可呼吸、可裁剪和可洗涤发电织物》为题,发表于国际著名期刊《纳米能源》(Nano Energy)。

北京大学信息科学技术学院物理电子学研究所、纳米器件物理与化学教育部重点实验室特聘研究员胡又凡课题组与香港理工大学纺织及制衣学系郑子健副教授题组针对新型可穿戴织物展开合作研究,近期取得重要进展,通过纺织机纺织制备,实现了用于人体能量收集和呼吸监测的可机洗织物电子器件。

近年来,越来越多的可穿戴电子产品相继进入人们的视野,这类电子设备不断朝着小型化、便携化、多功能化等方向发展。传统的供能系统如电池,存在着硬质体积大、使用寿命有限、替换繁琐、电解液易污染环境等缺点,如何有效地从环境中收集机械能并持续稳定地为电子设备供电,是科学家们一直致力解决的问题。

联合课题组采用聚合物辅助沉积法得到表面镀铜的涤纶纱线和以此为内芯表面覆盖聚酰胺的纱线。由于两种纱线均具有很好的机械强度,并且可以量产,因此可以在商用纺织机上通过平纹纺织的方式得到织物电子器件。当织物发生形变时,在每一个两根纱线交叉处,两种性质不同的表面产生摩擦,诱发感应电荷。于是,在不断发生形变的过程中,机械能转变为电能,通过这种方式所得到的织物电子器件类似于传统织物,非常柔软,可以捕捉到人体的微弱运动,最终实现了运动能量的收集和穿戴式的呼吸监测。与此同时,该织物电子器件在经历了若干次机器洗涤测试后,仍然能够维持良好的性能。与纺织工业的兼容性,所展示的可机洗性,以及对微弱运动的敏感性,使得该类型的织物电子器件未来在运动监测,医疗监控,甚至公共安全方面都具有巨大的应用潜力。

功能性发电织物具备柔韧可编织、热湿舒适性好等优势,利用摩擦起电和静电感应的耦合效应,可以有效收集人体运动过程中的生物机械能并转化为电能,由此解决可穿戴电子产品的能源供给和续航时间问题。

2016年12月初,该工作以《通过直接编织金属纱线实现有效人体呼吸监测的可机洗织物摩擦发电机》为题,发表在材料学领域重要期刊《先进材料》,并被选为当期的封面题图;信息学院硕士研究生赵至真为共同第一作者,胡又凡为通讯作者。

但现有功能性发电织物由于加工技术和选用材料的局限,使其能量转化效率和能量密度低,同时可裁剪和可洗涤性差,限制了其应用性能的提升和应用领域的拓展。

相关工作得到国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划等支持。

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