近日，77779193永利官网材料學院鄧波教授課題組與省部共建紡織新材料與先進加工技術國家重點實驗室徐衛林院士合作共同報道了不同幾何結構織物的摩擦納米發電機用于柔性可穿戴電子産品的最近研究進展，相關研究以“Research Progress of Fabrics with Different Geometric Structures for Triboelectric Nanogenerators in Flexible and Wearable Electronics”為題發表在纖維材料領域權威期刊《Advanced Fiber Materials》(中科院一區Top，影響因子16.1)上。我校77779193永利官网為唯一單位，材料學院碩士研究生闫大利和葉健為論文的共同第一作者。論文鍊接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s42765-023-00334-z#rightslink

化石能源的過度使用及各領域日益增長的能源需求矛盾成為限制人類可持續發展的重要瓶頸。人類不斷尋找各種新型可再生能源，如風能、水流能、人體運動能等。基于靜電感應和摩擦起電耦合作用的摩擦納米發電機可高效收集自然和生活中浪費的各種機械能，為緩解這種矛盾提供了切實可行的方案。此外，紡織品是人類每天的必需品，與人體貼合密切。以織物為載體的摩擦納米發電機對于生物能量的收集、可穿戴電子設備供能及自供電傳感等領域有着更為廣闊的應用前景。

紡織基摩擦納米發電機一般由摩擦材料和電極材料組成，電極層負責将摩擦層的電荷進行導出。早期人們以聚合物薄膜作為摩擦材料制備摩擦納米發電機，然而聚合物薄膜不耐洗、不透氣、與衣服不相容，因此用窄的聚合物條帶或布帶取代了薄膜作為摩擦材料（圖1）。引入金屬作為紡織基TENG的電極雖然能很大程度上導出摩擦層産生的電荷，但金屬電極易疲勞斷裂，與織物柔韌性欠佳（圖2）。相比之下以核殼紗線為主的織物結構設計在柔軟性、耐久性等方面更有優勢（圖3），更有人探究電極的串并聯結構來優化摩擦納米發電機的電性能輸出（圖4-5）。

圖1 二維-基于條狀編織結構的二維摩擦納米發電機

圖2 二維-金屬電極結構的二維摩擦納米發電機

圖3 二維-核殼電極結構的紡織基摩擦納米發電機

圖4 二維-串并聯電極纖維結構的摩擦納米發電機

圖5 二維-并聯電極纖維結構的紡織基摩擦納米發電機

三維紡織基摩擦納米發電機除了摩擦層和電極層之外，還有提供間隙的間隔層（圖6）。間隔層必須有适當的彈性和耐久性來維持電性能的穩定輸出，并且間隔材料的引入應避免影響摩擦層電荷的産生。此外，三維紡織基摩擦納米發電機大多以垂直分離模式工作，這對于以垂直運動為主的人類活動能量的收集有着得天獨厚的優勢。

圖6 三維-全柔性紡織基摩擦納米發電機

作者指出，紡織基摩擦納米發電機在發展和應用上還需要開展很多研究工作，包括：1）目前采用标準化策略衡量摩擦納米發電機輸出性能仍有挑戰；2）紡織基摩擦納米發電機高内阻的特性使得電壓輸出呈現高電壓、低電流的特點，優化負載與紡織基TENG的阻抗匹配還有待提高；3）大多數紡織基摩擦納米發電機交流輸出不利于對電子器件直接供能，整流器件的集成或柔性化是紡織基摩擦納米發電機亟需的；4）紡織基摩擦納米發電機電性能的輸出具有瞬時性，将TENG與柔性電容器結合保證自供電傳感的用電持續不斷也是有前景的方向。此外，作者展望了紡織基摩擦納米發電機在智能醫療、智能服裝和智能應用等未來的應用場景，希望為紡織基摩擦納米發電機的發展和應用提供一定的思路。