江南大学针织中心/中科院BINN王中林院士《Nano Energy》:智能高输出仿生毛绒摩擦电针织物！
近期，江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心研究团队实现了仿生毛绒摩擦电针织物的大规模生产。本工作提出的绒毛织物摩擦纳米发电机具有高密的绒毛结构，高比表面积、舒适透气性强、保温性能好和优异的耐磨性，能够同时进行大规模的生物机械能收集和人体运动监测，为大功率纺织品TENG在大面积能量收集、智能家居控制系统、娱乐、老年医疗和安全警报方面提供了巨大的应用前景。相关成果以“Mass-production of Biomimetic Fur Knitted Triboelectric Fabric for Smart Home and Healthcare”为论文标题在线发表在《Nano Energy》期刊(IF=17.6)。江南大学针织中心2021级硕士研究生沈运初、陈超余副研究员为论文共同第一作者；江南大学蒋高明教授团队陈超余副研究员、张爱军副研究员、马丕波教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(52303055)、江苏省自然科学基金(BK20221094)、中国博士后科学基金(2022TQ0123)、中央高校基本科研业务费专项基金(JUSRP122003)资助。论文全文链接为： https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285524002581
1.随着第四次工业革命和5G信息时代的到来，涌现出众多以个人为导向的功能可穿戴电子产品。大量低功耗的可穿戴电子产品理论上需要取之不竭、用之不竭的电力供应系统。虽然摩擦电织物被认为是可穿戴电子产品的最先进和可靠的能源，但其广泛应用存在两个瓶颈：大规模生产策略较少和低功率输出。
本文以仿生毛皮为灵感，利用成熟的纬编制造技术，批量生产了一种具有良好的透气舒适性、高密、保温性能强、耐久性好的单面提花绒毛织物摩擦纳米发电机(SJPF-TENG)。基于高密的绒毛结构(约16128根绒/cm2)，绒毛织物的表面积是平面结构的42.2倍，这使得SJPF-TENG具有更高的电输出和良好的检测精度。SJPF-TENG的峰值功率密度为1.4 Wm-2(是传统纺织品TENG的数十倍)，能够点亮1392个LED灯，为微型电子设备供电，并为各种电容器可持续充电。基于其优异的灵敏度，设计了一种具有3×3空间像素分辨率的绒毛键盘阵列和智能绒毛地毯，可以同时响应和检测人体运动(如压缩和滑动)引起的机械压力分布。此外，本文还介绍了一个智能家居系统，该系统由家电开关的自供电遥控器、手指触觉识别的智能字母书写板和用于老年人医疗保健的柔性轮椅方向控制器组成，展示了SJPF-TENG在多种工作模式下的普遍适用性。本工作提出了一种用于能量采集和智能家居传感的高输出柔性可穿戴纺织品TENG，这可能对具有微观或宏观绒毛结构的仿生毛皮材料的后续研究具有一定的启发作用。
2.图文导读
图1 SJPF-TENG的制备及其工作机理
图2 SJPF-TENG在接触分离模式下的电输出性能
图3 SJPF-TENG在滑动模式下的电输出性能
图4 SJPF-TENG的物理机械性能
图5 SJPF-TENG的能量收集能力
图6 SJPF-TENG作为自供电智能键盘和地毯在智能家居系统中的应用
3.作者介绍
沈运初，2021级硕士研究生。主要研究方向为高输出能量收集纺织品。
导师：张爱军副研究员，主要从事纺织数字化技术、针织结构材料等方面研究。
共同导师：陈超余副研究员，主要从事功能与智能纺织材料的结构设计与开发，包括纤维基到织物基的柔性可穿戴纺织品在人体与环境能量的收集、存储以及人体运动的自供能传感与健康监测等方面的研究。
