近日,江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心以3D经编绒类织物为基础,研制出一种可大规模产业化生产并兼具穿着舒适性的可用于运动监测和能量收集的自供能经编绒类智能织物。在即将到来的智能化时代,纺织基摩擦电纳米发电机(T-TENG)被认为是实现柔性可穿戴传感和微纳能量收集的重要发展方向之一。在众多纺织品中,绒类面料由于具有优异的纳米/微纤维结构,在TENG邻域广受关注。然而,对于绒类TENG输出性能影响因素及作用机理的研究十分有限。
为探讨以上问题,本文采用成熟的经编技术织造了具有运动监测和能量收集功能,可大规模生产的3D经编毛圈织物摩擦电纳米发电机 (WKTF-TENG)。系统地研究了在接触分离模式、水平滑动模式以及单电极模式下,毛圈高度和毛圈密度、介电材料厚度以及织物压缩回复距离对WKTF-TENG摩擦电性能的影响。由于织物表面的蓬松结构,织物比表面积会随工作循环次数的增加而增加,从而产生更高的输出性能。基于经编毛圈结构,WKTF-TENG实现了高输出性、高耐磨性,并能在不同工作模式下对外界刺激做出快速响应。作为一种智能纺织材料,WKTF-TENG可以作为自供能运动监测传感器或微纳能量收集装置,用于监测人体生理数据或为其他电子器件供能。本文通过理论分析和实验测试对WKTF-TENG的输出性能进行研究,为基于绒类织物的TENG提供一个有前景的研究方向。
上述研究以“Large-scale production of the 3D warp knitted terry fabric triboelectric nanogenerators for motion monitoring and energy harvesting”为论文标题在线发表在《Nano Energy》期刊(IF=19.069)。针织中心2020级硕士研究生王太冉为论文第一作者,2021级硕士研究生沈运初为共同第一作者;江南大学针织中心蒋高明教授、丛洪莲教授、广西大学物理科学与工程技术学院刘官林副教授为论文共同作者;江南大学针织中心马丕波教授、张琦副教授与陈超余副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(11972172)、省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室开放课题基金(FZ2021013)资助。全文链接为: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108309。