可穿戴能源领域取得新进展 “能源衣”开发仍任重道远

中新网上海2月21日电 (龚维 许婧)东华大学21日发布消息称，该校王宏志教授课题组在可穿戴能源领域取得新进展，相关研究成果以《两栖能源纱线与纺织品的连续化与规模化制备》为题发表于国际知名学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)。

研究团队认为，纤维、纱线、织物将成为新一代发电载体。但成熟的发电技术，如光伏、热电、压电/摩擦电等，与服装材料和纺织工业的结合尚存在挑战。目前能源纺织品难以规模化生产、能源器件的性能易受环境湿度影响，而且尚缺乏利用单根纱线实现发电的技术。“能源衣”的开发仍任重道远。

随着可穿戴电子设备的快速发展，民众对可穿戴能源的需求逐渐增大。由于传统电池存在缺乏柔韧性、不可拉伸、难以编织等局限性，柔性随身能源材料与器件发展获得了大量关注。目前可穿戴电源的研究多数展示了“佩戴”形式的能源器件，其主要作为服装的附加品，仍缺乏穿着舒适性。相比之下，服装本体是现成的物理载体，是更为理想的可穿戴功能集成平台。

发电织物的编织过程与可穿戴应用演示。供图

在本工作中，研究人员利用工业级的纺丝设备实现了可拉伸摩擦发电纱线的连续化与规模化生产，并深入探讨了金属与非晶聚合物接触/分离的单电极势阱模型，首次提出了摩擦发电器件的电势/极化耦合效应的假设。借助特殊的皮芯结构设计与耦合增益发电机制，本工作报道的发电纱线无需借助与其他物体的相互作用即可自发电，并能够应用于不同气氛环境甚至是液体中。

研究人员使用工业级的织样机将发电纱线进行编织得到了具有弹性的发电织物，其同样具有两栖工作的能力。发电纱线亦可与其他市售纤维如尼龙纤维、聚丙烯腈纤维等共同编织，纺织品的透汽性、舒适性、发电功率便可有效调控。研究人员穿着发电织物制成的“能源衣”，展示了其为电子设备锂电池充电、驱动无线信号传输系统、捕捉人体运动姿态等功能。

东华大学系论文第一完成单位，东华大学材料学院长学制博士研究生生龚维为第一作者，侯成义副研究员、张青红研究员、王宏志教授为共同通讯作者。该研究工作得到了中央高校基本科研业务费学科交叉重点项目、中国科协青年人才托举工程、东华大学励志计划等基金的大力资助。

据介绍，先进功能材料课题组(Advanced Functional Material Group，AFMG)隶属东华大学材料学院，导师团队包括:王宏志教授，李耀刚教授、张青红研究员、侯成义副研究员。课题组一直从事智能变色/变形、能源转换与存储、传感与催化等功能材料的研究，特别是针对智能服装的应用，开发了一系列柔性可穿戴的功能材料与纤维器件。在Science子刊Science Advances、Nature子刊 Nature Communications、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACSNano、PNAS、Angewandte Chemie-InternationalEdition等国际知名学术期刊发表论文200余篇，获授权中国专利120余项。课题组积极开展国内外合作交流，目前已和剑桥大学，耶鲁大学，美国西北大学，加州大学洛杉矶分校、丹麦科技大学、南洋理工大学、京都大学等世界一流高校开展合作交流，并联合培养了多名博士研究生。(完)

能源纱线的光学显微照片。供图