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  近期，東華大學(xué)紡織學(xué)院郭建生教授課題組在可穿戴納米能源領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《用于多種能量收集空氣間隔-密封結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)》(Versatile triboelectric nanogenerator with a hermetic structure by air supporting for multiple energy collection, DOI：10.1016/j.nanoen.2019.02.018)為題，發(fā)表于國(guó)際著名期刊《納米能源》（Nano Energy）上。該論文第一作者是東華大學(xué)紡織學(xué)院博士生張志，通訊作者是郭建生教授。

  從周圍環(huán)境或人體運(yùn)動(dòng)中獲取機(jī)械能已成為滿足未來(lái)可穿戴智能紡織品能源需求的一種有效途徑。摩擦電納米發(fā)電機(jī)能夠有效地將各種機(jī)械能（包括人體運(yùn)動(dòng)）轉(zhuǎn)化為電能，引起了研究者的廣泛關(guān)注。近年來(lái)隨著柔性可穿戴器件的發(fā)展，對(duì)柔性納米發(fā)電機(jī)的研究成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。但摩擦納米發(fā)電機(jī)所使用的間隔支撐材料不僅影響器件柔性，而且在一定程度上 增加了器件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，又會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和壽命造成影響。此外，通常的非密閉結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)極易受到外界環(huán)境因素，如環(huán)境濕度的影響，影響了發(fā)電效率并限制了其在真實(shí)環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用。因此如何提高納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及環(huán)境適應(yīng)性，并進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)化效率，成為研究者致力研究的方向之一。

空氣間隔-密封結(jié)構(gòu)摩擦納米發(fā)電機(jī)制備過程，結(jié)構(gòu)及實(shí)物照片

  針對(duì)上述研究難題，研究團(tuán)隊(duì)選用彈性高、氣密性好、機(jī)械強(qiáng)度高的乳膠氣囊作為摩擦電納米發(fā)電機(jī)的密封基材；同時(shí)采用紡織絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備出銀涂層的錦綸織物作為正摩擦材料、采用紡織涂層技術(shù)制備熱塑性彈性體TPE/錦綸/銀復(fù)合織物作為負(fù)摩擦材料，經(jīng)過組裝，創(chuàng)新制備出一種全柔性空氣間隔-密封結(jié)構(gòu)一體式摩擦納米發(fā)電器件（該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)也已申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利：ZL 201711085896.8）。其依據(jù)波義耳定律，即在一定溫度下，密封容器中的定量氣體的壓強(qiáng)與體積具有反比關(guān)系。該結(jié)構(gòu)的納米發(fā)電機(jī)即利用了空氣的這種可壓縮特性，實(shí)現(xiàn)摩擦納米發(fā)電機(jī)的高效工作，可對(duì)環(huán)境中多種形式機(jī)械能的進(jìn)行收集和利用

不同內(nèi)壓下器件的電能輸出性能

  針對(duì)這種新型結(jié)構(gòu)的能源器件，研究人員系統(tǒng)地研究了其在不同內(nèi)部氣壓下的電輸出性能，結(jié)果顯示在氣囊內(nèi)部空氣壓強(qiáng)為0.5 kPa時(shí)，該器件可獲得最大電能輸出，瞬時(shí)輸出功率達(dá)6.74 W/m2。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)器件內(nèi)部的空氣能夠平衡外界作用力的傳遞和分配，提高輸出信號(hào)的均勻性和穩(wěn)定性。除此之外，研究團(tuán)隊(duì)還詳細(xì)比較并分析了不同外界作用力、作用頻率、空氣相對(duì)濕度及溫度等因素對(duì)該摩擦納米發(fā)電器件輸出性能的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了其具有優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性。

空氣間隔-密封結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)可收集多種形式機(jī)械能應(yīng)用演示

  這種新型空氣間隔-密封結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)可通過控制內(nèi)部氣壓實(shí)現(xiàn)所謂的接觸式和非接觸式二種工作模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體和生活環(huán)境中多種能量的收集，包括機(jī)械能，風(fēng)能等，并為商業(yè)發(fā)光二極管(LED)持續(xù)供電。因此該結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電器件在能源領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

  另?yè)?jù)了解，該課題組還在2018年10月刊的《ACS應(yīng)用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上發(fā)表了題為《用于摩擦電納米發(fā)電機(jī)的納米顆粒摻雜熱塑性彈性體復(fù)合織物新型介電材料和簡(jiǎn)便制備方法》（Facile Method and Novel Dielectric Material Using a Nanoparticle-Doped Thermoplastic Elastomer Composite Fabric for Triboelectric Nanogenerator Applications，ACS Applied Materials & Interfaces 2018， 10， 13082?13091）的研究論文，深入研究了不同納米顆粒種類和摻雜量以及織物基上熱塑性彈性體涂層厚度對(duì)輸出性能的影響，對(duì)提高紡織基摩擦電納米發(fā)電機(jī)的性能提供了有益參考。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.02.018