智能纺织品:为小型电子产品提供动力的透气织物

由于纳米摩擦发电机(TENGs)的研究，利用人体的运动为手机等电子设备充电可能很快就会成为现实。但目前大多数TENGs都不透气，穿起来很不舒服。现在，研究人员已经开发出一种由静电纺丝纤维银制成的多层TENG纳米线，以及聚苯乙烯电荷存储层，不仅具有较高的电气性能，而且具有优越的耐磨性。

摩擦电效应是一种现象，在两种不同材料上产生电荷时材料彼此接触后就分开了。纳米摩擦电发电机利用这种效应将机械运动转化为电能。TENGs的紧凑性使它们可以用作可穿戴设备，利用人体的运动为电子设备提供动力。作为可穿戴设备，重点放在织物性能(如材料的舒适性)和纳米发电机的带电荷能力。一般来说，为纳米发电机选择的摩擦电材料应该是安全的，与人体兼容(生物兼容)，灵活和透气的，同时能够保持高的电气输出性能。

在许多考虑用于腾格纤维的材料中，静电纺纤维是一个很有前途的候选材料，因为它们重量轻，强度高，并且具有理想的电性能。静电纺丝是一种利用电荷将聚合物溶液拉入纤维的技术。人们正在努力向静电纺纤维中添加金属，以提高静电势和电荷捕捉能力。但这导致了材料的舒适性和输出性能之间的妥协。

日本福井大学和中国南京大学的研究人员开发了一种全纤维复合层TENG (AF-TENG)，它可以很容易地与普通布料结合在一起。“通过我们的工作，我们的目标是为可穿戴能源采集器和智能纺织品提供一个新的视角，”该研究的通信作者Hiroaki Sakamoto博士说。

AF-TENG包含了由两层静电纺丝纤维制成的摩擦电膜，其中一层是聚偏氟乙烯(PVDF)材料，另一层是一种尼龙材料。银纳米线覆盖在这些层上。研究人员进一步在银纳米线和摩擦电膜之间添加了一层静电纺聚苯乙烯纤维。

行走或跑步时身体的机械运动使摩擦电层获得电荷。通过这种方式，机械能转化为电能，电能可以用来驱动电子设备。

正常情况下，在摩擦电表面积聚的电荷逐渐丢失或消散，从而降低了表面电荷密度和纳米发电机的输出性能。然而，在这种情况下，添加的聚苯乙烯膜收集和捕捉电荷，保持AF-TENG的表面电荷密度。研究人员使用AF-TENG点亮了126个商用led灯，每个灯的功率为0.06瓦特，证明了纳米发电机的可行性。此外，Sakamoto博士表示，“由于所有组件都由纤维材料组成，发电设备具有灵活性和透气性。这种设备在收集衣服上的静电方面显示出巨大的潜力。”

虽然目前teng仅限于低功耗设备，如led和计算器，但提高可穿戴性和输出性能是迈向未来可穿戴技术的不可或缺的一步。

这项研究发表在纳米能量．