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東華大學(xué)郭建生教授和NUS李正國教授Nano Energy：通過界面設(shè)計、組裝構(gòu)建電正性摩擦彈性紗線，實現(xiàn)高效能量收集和人機交互
2022-01-23  來源：高分子科技
基于摩擦電技術(shù)的纖維電子器件在人體機械能收集和智能交互傳感方面呈現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。許多研究者采用變形配置設(shè)計或研發(fā)可拉伸電極來制造可拉伸摩擦電紗線。除了實現(xiàn)機械拉伸性能外，良好摩擦起電性能被認為是纖維電子產(chǎn)品的另一重要屬性；且現(xiàn)有的電子紗線多呈摩擦電負性，這一定程度制約了穿戴電子纖維器件多樣性的發(fā)展。
 


圖1.電正性摩擦彈性紗線設(shè)計及人體能量收集、信號檢測、人機交互潛在應(yīng)用。


  近日，東華大學(xué)郭建生教授團隊與新加坡國立大學(xué)李正國教授團隊合作，運用界面設(shè)計組裝技術(shù)，以聚環(huán)氧乙烷/聚氨酯/蒜氨酸復(fù)合物作為拉伸摩擦電正性材料，聚乙烯亞胺/碳納米管/植酸聚離子納米材料作為電極制備出一類高正電性摩擦彈性紗線。紗線的接觸摩擦起電和機械拉伸行為通過官能團協(xié)調(diào)，氫鍵交聯(lián)和靜電吸引作用被巧妙調(diào)控，實現(xiàn)了紗線高效的雙重電荷轉(zhuǎn)移能力和重復(fù)拉伸魯棒性。最優(yōu)單電極模式摩擦紗線器件可提供137 V的電壓和2.25 mW/m的功率密度，優(yōu)于大多數(shù)纖維狀摩擦電器件。摩擦層厚度是高度可控可復(fù)制的，通過界面組裝時間可短時間內(nèi)實現(xiàn)不同直徑的可編織性摩擦紗線，可以進一步被用于采集人體運動能量、檢測肢體生理信號、實現(xiàn)VR人機交互感知，在未來智能可穿戴服裝系統(tǒng)中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。 



圖2. 正電性摩擦彈性紗線器件的工作原理及電輸出優(yōu)化研究。 


圖 3.基于正電性摩擦彈性紗線sensor用于VR場景人機交互。


  該研究成果以“Constructing highly tribopositive elastic yarn through interfacial design and assembly for efficient energy harvesting and human-interactive sensing”為題發(fā)表在Nano Energy上。論文第一作者為東華大學(xué)和新加坡國立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生白志青，通訊作者為東華大學(xué)紡織學(xué)院郭建生教授和新加坡國立大學(xué)李正國教授。該成果得到新加坡先進研究與技術(shù)創(chuàng)新中心，新加坡教育部，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金，東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金以及國家留學(xué)基金委(CSC)公派博士生項目的資助。


  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106956

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