作為可穿戴微型電子設(shè)備的能量來源，摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)作為新型能量收集技術(shù)，可將人體機(jī)械能或其它形式的能源轉(zhuǎn)化成電能，在可穿戴領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。紡織品因具獨(dú)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(jī)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(fù)極材料，從而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了不利的影響。
近日，武漢紡織大學(xué)于志財(cái)特聘教授課題組基于纖維的順服性，接觸起電和靜電感應(yīng)耦合機(jī)制，設(shè)計(jì)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(tái)應(yīng)用于智能消防服裝。以萊卡棉/聚吡咯復(fù)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(dǎo)電織物上作為阻燃摩擦負(fù)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(dòng)傳感器對(duì)消防員的人體動(dòng)作的識(shí)別，感知相關(guān)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(shí)，拓寬了摩擦負(fù)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(shè)計(jì)思路。該項(xiàng)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(xué)于志財(cái)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(duì)人體不同部位機(jī)械能的收集與人體動(dòng)作識(shí)別的自驅(qū)動(dòng)傳感應(yīng)用
圖3使用土壤埋藏試驗(yàn)對(duì)LPCP-TENG進(jìn)行降解研究
該工作是課題組近期關(guān)于織物基柔性單電極TENG材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。此外，火災(zāi)預(yù)警材料與消防服用自供電溫度傳感纖維材料的應(yīng)用研究一直是該課題組的重點(diǎn)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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