多功能熱電纖維實現(xiàn)感知供能一體化

據(jù)報道，新加坡國立大學Ghim Wei Ho 課題組提出了一種膠體凝集擠出TE纖維的技術，該技術可以制備出機械堅固和戴韌的TE纖維，并且工藝簡單可控，有工業(yè)可擴展性。利用親水膠體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡及其流變特性的優(yōu)勢，非均勻粒子在連續(xù)基體中的優(yōu)越約束，產(chǎn)生了高度均勻、界面結(jié)合良好的交替p/n 片段。這種連續(xù)排列的p/n 型TE纖維極大地降低了紡織電子在集成方面的復雜性，也為多功能器件提供了可能。相關研究成果發(fā)表在《Nature Communications》上。

研究人員通過連續(xù)交替擠壓工藝制備了由單壁碳納米管(SWCNTs)和聚乙烯醇(PVA)水膠體組成的戴性TE纖維，具有優(yōu)異的機械性能，不論是否加入聚醚酰亞胺（PEI）都能承受超過20MPa 的高抗張強度。并且相鄰的p/n 片段之間的結(jié)合也非常牢固，可以承受500g 的重物。在打成各種結(jié)的情況下，纖維也保持了良好的電學魯棒性。調(diào)控PEI 和SWCNT 的比例可以決定片段多數(shù)載流子，從而輕易地形成P 型或者N 型的半導體。復合材料的電阻隨著PEI 含量增加而增加，高的塞貝克系數(shù)有助于溫度梯度感應，選擇25%的配比平衡TE纖維的電壓和電流，TE纖維的電壓和電流都隨溫度差線性增加。

交替p/n 型分段TE纖維可以編織成戴性織物，與單根光纖相比，編織后的平面器件電壓放大了約33倍，而電流卻保持不變，顯示了倍增效果的同時還證明該工藝下的紡織品對于非平面的適應性。得益于碳材料優(yōu)越的吸光能力，光照時纖維容易升溫。光熱效應將在光照區(qū)和非照射區(qū)之間產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生電信號。研究人員將TE-fiber 手套應用于機器人手臂上，腕帶和袖子呈現(xiàn)出熱/冷感知能力、光敏性和能量收集能力。這種適合人體熱量收集的紡織品還可以擴大規(guī)模，集成到其他可穿戴的自供電系統(tǒng)中，為電池充電或直接為電子設備供電。有了這樣一套TE 紡織品，機器人就可以進行多任務處理，而不僅僅是感知和能量收集。