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一种可用于能量收集和个人热管理的芯纺纤维
发布日期:2023-11-17 浏览次数:452

      近年来,光电子智能纺织品的功能集成化以及器件结构的简化成为重要的研究课题。在此背景下,东华大学研究团队提出了“多材料-多界面-多功能”的皮芯结构智能纤维设计思路,以期在单根纤维(器件)中能够同时实现多种光、电学功能。

      基于上述思路,该研究团队制备了一种以锌基共晶凝胶(DEG)为芯层、聚四氟乙烯为鞘层的芯纺功能纤维(CSF)。CSF实现了压电增强摩擦电的协同输出,同时具有优异的疏水性,以及较高的中红外发射率和可见光反射率。由CSF编织而成的单层多功能集成纺织品可实现有效的可穿戴能量(机械能和液滴能)收集和个人热管理功能。


      其芯层材料DEG是一种具有良好环境耐受性的无水体系凝胶,加入Zn2+作为配位离子后其导电性提高,加入ZnO后其模量进一步提高,获得了较高的强度和变形能力。此外,ZnO的压电效应有效地增强了外部物体对CSF施加反复应力时的摩擦电输出,且均匀分散的ZnO使共晶凝胶具有较高的可见光反射率和红外发射率。由CSF与聚四氟乙烯纱线编织形成的单层多功能集成纺织品(M-FIT)具有高效的固-固、固-液发电和辐射冷却功能。此外,由于M-FIT不依赖功能涂层,因此其具有舒适透气、耐磨耐用等特性。


      M-FIT用于运动传感

      在自发电运动传感应用中,M-FIT可监测人体细微的姿态变化,甚至可在单一动作中产生具有高时间分辨性的电学图案,因此,适用于追求高精度的竞技运动、医疗康复等领域。


      M-FIT用于环境能源收集

      此外,研究人员在M-FIT中引入导电纱线作为外电极,当织物与液体接触时,可将传统的固液界面效应转变为体效应,实现有效的水滴能量收集。通过模拟M-FIT作为能源织物在户外场景中的应用发现,当模拟降雨的液滴作用在能源织物表面时,织物可产生电能,实现对小型电子器件(如温湿度计、LED安全灯带)的持续供电。


      M-FIT用于个人热管理

      与商用棉织物、涤纶织物和尼龙织物相比,M-FIT在中红外波段具有更高的发射率(94.23 %)、在可见光波段具有更高的反射率(89.15 %),因此,可以有效地管理皮肤表面温度。在太阳辐照强度约为740 W/m2的晴朗天气下,相比于其他织物,使用M-FIT遮盖的(模拟)皮肤温度降低了2~12 ℃。

      相关工作以“Hyperstable Eutectic Core-Spun Fiber Enabled Wearable Energy Harvesting and Personal Thermal Management Fabric”为题发表在《Advanced Materials》上。

(来源:高分子科学前沿)

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