3D雙翼螺旋結構紗線摩擦納米發電機可用于多功能運動管理

紗線摩擦納米發電機不僅可以直接編織或針織成透氣、靈活、輕便的衣服，而且可以無處不在地從身體運動中獲取能量，并監測人體的生物力學和生理信號，在智能生活中展現出巨大的應用前景。目前大多紗線納米發電機的工作模式需要依賴與其他織物或材料的接觸與分離，實現可機械化連續生產的單根紗線作為自驅動的發電機仍然具有挑戰性。

據報道，中科院北京納米能源所王中林教授和馬麗蕓博士團隊設計了一種具有分層雙翼結構的新型多功能三維編織可拉伸分層互鎖花式紗線摩擦納米發電機（3D HIFY-TENG）。該紗線發電機由雙半圓翼紗互鎖在軀干紗兩側，形狀似“蝴蝶”結構。每根翼紗是有導電紗在內、絕緣紗為外的皮芯結構，軀干紗為彈性聚氨酯紗線。由于獨特的分層互鎖結構，3D HIFY-TENG的翼紗在拉伸狀態和恢復狀態下與軀干紗接觸和分離，產生摩擦電信號。此外，3D HIFY-TENG也能在與人體皮膚或其他材料接觸時產生能量信號，從而實現多種形式的能量收集模式。

研究人員還建立了一個數值模型來驗證和預測3D HIFY-TENG中翼紗的運動軌跡，與實驗結果具有良好的一致性。此外，3D HIFY-TENG顯示出強大的機械性能、良好的拉伸性（＞350%）、可編織性、可剪裁性、適形性和可洗性。將3D HIFY-TENG進一步分為三種具有平面結構的自供電織物傳感器，與使用相同編織結構的普通核殼結構紗線TENG制造的織物相比，具有更高的拉伸性。該織物不僅在自供電傳感方面表現出良好的性能，而且在拉伸過程中表現出獨特的可調節孔隙效應，顯示出在智能過濾器中的應用潛力。針對應用，研發人員又開發了智能健身系統，將花式紗線集成到智能彈力帶中，用于運動頻率統計分析、實時運動檢測、自供電姿勢校正報警等多功能運動管理。