当前，随着智能手机的产品创新逐渐走弱，以及市场容量逐渐接近饱和，智能可穿戴电子设备成为了智能终端产业的新热点。 其中，柔性可穿戴电子设备，便是该领域内的前沿研究方向之一。 但是，由于柔性可穿戴电子设备的设计和功能，一直受能量来源和所用材料的影响，市面上并没有出现太多令人惊艳的产品。 如果我们可以“扔掉”笨重的电池，利用自身能量为可穿戴电子设备供电，是不是很酷炫？ 如今，这一想法或许正在成为事实。 近日，来自新加坡南洋理工大学和清华大学的科研团队，就联合开发出了一种可伸缩的防水“织物”，这种织物可以将人类身体运动产生的能量直接转化为电能。

在一项概念验证实验中，研究团队在一块 3 cm*4 cm 的实验材料上轻敲，产生的电能足以点亮 100 个 LED 灯。 而且，经洗涤、折叠和褶皱后，织物的性能也不会出现下降，甚至可以在长达 5 个月的时间内，保持稳定的电力输出。 研究团队认为，这一新型织物具备成为智能纺织品和可穿戴电源的潜力。 相关研究论文以“Stretchable, Breathable, and Stable Lead-Free Perovskite/Polymer Nanofiber Composite for Hybrid Triboelectric and Piezoelectric Energy Harvesting”为题，已发表在科学期刊 Advanced Materials 上。

一种新的替代能源

新型织物是一种能量收集装置，它能将人类日常生活中由最微小的身体运动产生的振动转化为电能。 据论文描述，这种织物的一个关键成分是一种聚合物，当被压制或挤压时，这种聚合物能将机械应力转化为电能。 新型织物由可伸缩的氨纶（spandex）作为基础层，且与类似橡胶的材料集成，以保持它的坚固、柔韧性和防水性。

“人们曾多次尝试开发可以从运动中获取能量的面料或服装，但一个巨大的挑战是，如何保证它们被多次洗涤后功能不会退化、同时又能保持良好的电力输出。” 论文的通讯作者、南洋理工大学教授 Lee Pooi See 表示。 在此次工作中，研究团队证实，原型织物在被洗涤和揉皱后仍然可以很好地工作，可以编织在 T 恤上或集成到鞋底，从人体最小的动作中收集能量，将电力输送到移动设备。 新型织物通过两种方式发电：当它因被按压（pressed）或压扁（squashed）而出现压电现象（piezoelectricity）时，以及当它与其他材料（比如皮肤或橡胶手套）摩擦产生摩擦电效应时。 为了制造这一原型织物，科学家们首先通过丝网印刷一种由银和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）组成的“墨水”，制造出一种可拉伸的电极。 然后，这个可拉伸的电极被连接到一块纳米纤维织物上，其组成成分分别为 PVDF-HPF（一种在压缩、弯曲或拉伸时产生电荷的聚合物）和无铅钙钛矿（一种在太阳能电池和 LED 领域很有前途的材料）。 研究团队表示，在 PVDF-HPF 中嵌入钙钛矿可以增加原型织物的电输出能力，而且无铅钙钛矿是一种更环保的选择。PVDF-HPF 不仅赋予钙钛矿特殊的机械耐久性和灵活性，也对钙钛矿起到了额外的保护层，增加了其机械性能和稳定性。

再也不需要电池了？

为了演示他们的原型织物是如何工作的，研究团队展示了一只手在一块 3 cm*4 cm 的织物上连续轻敲，如何点亮 100 个 LED 灯，或为各种电容充电。

来源 | 健康界

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