作为可穿戴微型电子设备的能量来源，摩擦纳米发电机(TENG)作为新型能量收集技术，可将人体机械能或其它形式的能源转化成电能，在可穿戴领域展现了巨大的应用前景。纺织品因具独特的柔性、透气性与可穿戴特性，通过将纺织元素引入到TENG，为单电极摩擦纳米发电机作为可穿戴电源构建了自供电可穿戴传感器提供了新思路。然而，目前为止已有的大部分研究中能量收集系统并不都是使用可持续材料制备，大部分使用不可生物降解的塑料基材或不易降解的PTFE作为摩擦负极材料，从而对环境产生了不利的影响。
近日，武汉纺织大学于志财特聘教授课题组基于纤维的顺服性，接触起电和静电感应耦合机制，设计制备了一种低成本、可生物降解的棉织物基柔性单电极TENG，其主要作为微型电子器件能源供给平台应用于智能消防服装。以莱卡棉/聚吡咯复合织物为柔性电极，以资源丰富的可再生壳聚糖/植酸取代传统降解性差的PTFE组装在导电织物上作为阻燃摩擦负极材料，获得兼具可生物降解与阻燃性能优异的织物基单电极TENG，也可作为自驱动传感器对消防员的人体动作的识别，感知相关安全信息。该可穿戴单电极TENG，在解决消防服用电子产品能源供给问题的同时，拓宽了摩擦负极材料的选择范围，在利用可持续发展和环保的材料制备能量收集系统提供了设计思路。该项成果以题“Biodegradable and flame-retardant cellulose-based wearable triboelectric nanogenerator for mechanical energy harvesting in firefighting clothing”为题发表在Carbohydrate Polymers（影响因子11.2，一区TOP）期刊上。武汉纺织大学于志财为第一作者，何华玲为唯一通讯作者。
图1. LPCP-TENG的制备过程及性能展示
图2. LPCP-TENG对人体不同部位机械能的收集与人体动作识别的自驱动传感应用
图3使用土壤埋藏试验对LPCP-TENG进行降解研究
该工作是课题组近期关于织物基柔性单电极TENG材料相关研究的最新进展之一。此外，火灾预警材料与消防服用自供电温度传感纤维材料的应用研究一直是该课题组的重点研究方向之一，并在ACS Nano, 2022, 16:2953-2967 (ESI高被引论文)、Chemical Engineering Journal, 2023, 460:141661 (ESI高被引论文)、Nano-Micro Letters, 2023, 15, 226、Chemical Engineering Journal, 2023, 477, 147187、Composites Part B: Engineering, 2022, 247:110348等国际期刊发表了一系列科研成果。
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122040
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