多功能热电纤维实现感知供能一体化

据报道，新加坡国立大学Ghim Wei Ho 课题组提出了一种胶体凝集挤出TE纤维的技术，该技术可以制备出机械坚固和戴韧的TE纤维，并且工艺简单可控，有工业可扩展性。利用亲水胶体结构网络及其流变特性的优势，非均匀粒子在连续基体中的优越约束，产生了高度均匀、界面结合良好的交替p/n 片段。这种连续排列的p/n 型TE纤维极大地降低了纺织电子在集成方面的复杂性，也为多功能器件提供了可能。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员通过连续交替挤压工艺制备了由单壁碳纳米管(SWCNTs)和聚乙烯醇(PVA)水胶体组成的戴性TE纤维，具有优异的机械性能，不论是否加入聚醚酰亚胺（PEI）都能承受超过20MPa 的高抗张强度。并且相邻的p/n 片段之间的结合也非常牢固，可以承受500g 的重物。在打成各种结的情况下，纤维也保持了良好的电学鲁棒性。调控PEI 和SWCNT 的比例可以决定片段多数载流子，从而轻易地形成P 型或者N 型的半导体。复合材料的电阻随着PEI 含量增加而增加，高的塞贝克系数有助于温度梯度感应，选择25%的配比平衡TE纤维的电压和电流，TE纤维的电压和电流都随温度差线性增加。

交替p/n 型分段TE纤维可以编织成戴性织物，与单根光纤相比，编织后的平面器件电压放大了约33倍，而电流却保持不变，显示了倍增效果的同时还证明该工艺下的纺织品对于非平面的适应性。得益于碳材料优越的吸光能力，光照时纤维容易升温。光热效应将在光照区和非照射区之间产生温度梯度，从而产生电信号。研究人员将TE-fiber 手套应用于机器人手臂上，腕带和袖子呈现出热/冷感知能力、光敏性和能量收集能力。这种适合人体热量收集的纺织品还可以扩大规模，集成到其他可穿戴的自供电系统中，为电池充电或直接为电子设备供电。有了这样一套TE 纺织品，机器人就可以进行多任务处理，而不仅仅是感知和能量收集。