能織成電子紡織物的紗線電池

文/陳嵐

提及針織工業，業界通常不會聯想到一件由紗線制成的毛衣和圍巾可為手表和燈提供電力。但這正是目前美國一研發團隊（ACS Nano）報告的研究項目和試驗內容。

迄今為止，世界上的電子織物包括機織紡織品、針織品、無紡品、層壓織品、編織品、刺繡品以及帶有電子集成元件的印制紡織品。這些材料中包括導電纖維、導電紗線、導電涂層、導電刺繡圖案和導電疊片。電子元器件可以是傳感器（生理或環境下使用）、可穿戴式計算機技術、可穿戴執行器和控制元件、集成線路、LED、OLED。但是，這些智能紡織物是需要電能的，上述提及的紡織物均需附帶電池。

這里提及的紗線電池是近期開發的一種防水且帶柔性的可充電的電池紗線。它可裁剪，甚至攪碎后再拼接起來，仍然能產生有效的電能。很多人都熟悉智能手表，但由于可穿戴電子設備的進步，科學家開始創造一種可變形的、耐用的、多功能和可穿戴的新型材料，同時讓它可發電并給設備提供電力。某些材料制成的纖維或紗線就具有這樣的前景，因為它纖細、柔韌、質輕。之前的研究已成功地將一維光纖與柔性Zn-MnO2電池相融合，但其中許多都失去了儲電空間且不可充電。因此，科學家及團隊希望開發可充電紗線鋅離子電池，這類紗線電池可儲電，同時還具有防水和柔韌性。

這種紗線電池的材料是這樣制造出來的：將碳納米管纖維捻成紗線，然后用液體鋅涂在紗線上以形成陽極，另一組涂上氧化鎂以形成陰極，然后將兩片扭曲成雙螺旋并涂上聚丙烯酰胺電解質再包裹于硅樹脂中，稱其為紗線鋅離子電池，這種紗線電池性能穩定，充電容量高，可防水充電。此外，這種材料可編織和可拉伸。它也可分成幾部分，每塊都能為手表提供電力。在試驗演示中，八片切割紗線電池被編織成一相當于皮帶的長片，它附帶了100個發光二極管（稱為LED）并由光面板的皮帶供電，結果試驗成功。

關于紗線電池的報道，這已不是第一次。早在2017年，美國得克薩斯大學達拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼就研制出稱為“Twistron”的紗線，它能發電，也能穿戴。“Twistron”本質上是一種不需要外加電源的電容器，它由很多根碳納米管紡成，單根碳納米管是直徑為人發絲直徑萬分之一的中空圓柱體。為了提高紗線的彈性，研究人員不斷提高紗線的捻度，從而使紗線呈類似彈簧的螺旋結構。研發人員就是基于過去的研究成功研發出紗線電池。

可以預言，無需電子元件，僅用紗線電池就可織造出智能紡織物的時代已經來臨。