近日，77779193永利官网材料學院殷先澤教授團隊，與材料學院楊詩文副教授及佛山市第二人民醫院文先傑教授合作，在《Nano Energy》上發表了題為“Phase transformation enabled textile triboelectric nanogenerators for wearable energy harvesting and personal thermoregulation”的論文。77779193永利官网材料學院和先進紡紗織造及清潔生産國家地方聯合工程實驗室為第一單位。材料學院研究生陳之誠、徐梅為共同第一作者。該論文詳細分析了二氧化钛無溶劑納米類流體(TiO₂ nfs)在織物型摩擦電納米發電機(t-TENGs)的應用，報道了二氧化钛無溶劑納米類流體在人體溫範圍内迷人的相變吸熱特性及其在機電轉化中面向生命健康傳感的應用(圖1)。

《Nano Energy》是愛斯維爾出版社(Elsevier)旗下涵蓋納米材料和納米設備在能源收集、轉換、存儲、利用和政策方面的多學科Top期刊。

圖1 TiO₂ nfs@CA纖維膜的制備方案。

【文章信息】

Phase transformation enabled textile triboelectric nanogenerators for wearable energy harvesting and personal thermoregulation

Zhicheng Chen ^{a, 1}, Mei Xu ^{a, 1}, Cheng Zhou ^a, Ziyao Hu ^a, Zhengliang Du ^c, Xinming Fu ^a, Yiheng Song ^a, Yingbin jia ^a*, Xianjie Wen ^b*, Jinfeng Wang ^a, Guangming Cai ^{a, e}, Shiwen Yang ^a*, Xianze Yin ^{a, b, d*}

Nano Energy

Accepted: 11 October 2024

【本文亮點】

本研究提出了一種新的被動冷卻策略，通過将無溶劑親水性的TiO₂ nfs整合到醋酸纖維素(CA)纖維膜(TiO₂ nfs@CA)中來實現人體舒适和高效的能量收集。有趣的是，TiO₂ nfs在32-38℃溫度範圍内的相變有效地調節了TiO₂ nfs@CA纖維膜的表面溫度。與原始CA織物相比，TiO₂ nfs@CA纖維膜具有優異的太陽反射率(93.43%)，高紅外發射率(85%)，優異的水蒸氣輸送率(12.6 g m^-2 h^-1)。通過将TiO₂ nfs@CA纖維膜集成到商用織物上，可用于車輛、建築和器件等關鍵材料的散熱，相較于CA膜，TiO₂ nfs@CA纖維膜展現出平均降低4-8°C的溫度優勢(圖2)。

圖2 TiO₂ nfs@CA纖維膜的輻射冷卻應用

在機電轉化方面， TiO₂ nfs顯著提高了材料的抗紫外線性能、力學性能和介電性能，同時提高了基于摩擦電的機電轉化能力。TiO₂ nfs@CA t-TENGs在能量收集能力和壓力傳感能力方面表現出優越的功能性。通過支持向量機與無線傳感技術(準确率達97%)，可用于實現實時分辨運動類型，包括足部運動分析以及人體健康維護目的恢複評估。通過深度學習，實現了遠程監測肢體受傷者足部回複情況。總的來說，這種還兼具親膚性、可染性和可回收特性的TiO₂ nfs@CA t-TENGs為舒适的自供電可穿戴設備提供了一種新方法，以實現實際的足部運動預測和健康監測。

圖3 TiO₂ nfs@CA t-TENGs的肢體恢複監測功能

【近期團隊相關進展】

該團隊長期圍繞柔性可穿戴材料機電轉化與信号傳感展開研究，近日還在Adv. Mater.、Nano Energy和ACS sensors上發表了相關論文：

(1) Shape-Regulated Motion and Energy Conversion of Polyelectrolyte Membrane Actuators, Adv. Mater., 2024, 2407560. (DOI：10.1002/adma.202407560);

(2) Strong, flexible and robust aramid nanofibers-based textile-triboelectric nanogenerators for high temperature escape monitoring and multifunctional applications, Nano Energy, 2024, 109359. (DOI：10.1016/j.nanoen.2024.109359);

(3) Anisotropic elastomer ionomer composite-based strain sensors: achieving high sensitivity and wide detection for human motion detection and wireless transmission, ACS sensors, 2024, 2156-2165. (DOI：10.1021/acssensors.4c00274)。