东华大学郭建生教授和NUS李正国教授Nano Energy：通过界面设计、组装构建电正性摩擦弹性纱线，实现高效能量收集和人机交互

2022-01-23 来源：高分子科技

基于摩擦电技术的纤维电子器件在人体机械能收集和智能交互传感方面呈现出广阔应用前景。许多研究者采用变形配置设计或研发可拉伸电极来制造可拉伸摩擦电纱线。除了实现机械拉伸性能外，良好摩擦起电性能被认为是纤维电子产品的另一重要属性；且现有的电子纱线多呈摩擦电负性，这一定程度制约了穿戴电子纤维器件多样性的发展。

图1.电正性摩擦弹性纱线设计及人体能量收集、信号检测、人机交互潜在应用。

近日，东华大学郭建生教授团队与新加坡国立大学李正国教授团队合作，运用界面设计组装技术，以聚环氧乙烷/聚氨酯/蒜氨酸复合物作为拉伸摩擦电正性材料，聚乙烯亚胺/碳纳米管/植酸聚离子纳米材料作为电极制备出一类高正电性摩擦弹性纱线。纱线的接触摩擦起电和机械拉伸行为通过官能团协调，氢键交联和静电吸引作用被巧妙调控，实现了纱线高效的双重电荷转移能力和重复拉伸鲁棒性。最优单电极模式摩擦纱线器件可提供137 V的电压和2.25 mW/m的功率密度，优于大多数纤维状摩擦电器件。摩擦层厚度是高度可控可复制的，通过界面组装时间可短时间内实现不同直径的可编织性摩擦纱线，可以进一步被用于采集人体运动能量、检测肢体生理信号、实现VR人机交互感知，在未来智能可穿戴服装系统中展现出广阔的应用前景。

图2. 正电性摩擦弹性纱线器件的工作原理及电输出优化研究。

图 3.基于正电性摩擦弹性纱线sensor用于VR场景人机交互。

该研究成果以“Constructing highly tribopositive elastic yarn through interfacial design and assembly for efficient energy harvesting and human-interactive sensing”为题发表在Nano Energy上。论文第一作者为东华大学和新加坡国立大学联合培养博士研究生白志青，通讯作者为东华大学纺织学院郭建生教授和新加坡国立大学李正国教授。该成果得到新加坡先进研究与技术创新中心，新加坡教育部，中央高校基本科研业务费专项资金，东华大学研究生创新基金以及国家留学基金委(CSC)公派博士生项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106956

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（责任编辑：xu）

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