3D双翼螺旋结构纱线摩擦纳米发电机可用于多功能运动管理

纱线摩擦纳米发电机不仅可以直接编织或针织成透气、灵活、轻便的衣服，而且可以无处不在地从身体运动中获取能量，并监测人体的生物力学和生理信号，在智能生活中展现出巨大的应用前景。目前大多纱线纳米发电机的工作模式需要依赖与其他织物或材料的接触与分离，实现可机械化连续生产的单根纱线作为自驱动的发电机仍然具有挑战性。

据报道，中科院北京纳米能源所王中林教授和马丽芸博士团队设计了一种具有分层双翼结构的新型多功能三维编织可拉伸分层互锁花式纱线摩擦纳米发电机（3D HIFY-TENG）。该纱线发电机由双半圆翼纱互锁在躯干纱两侧，形状似“蝴蝶”结构。每根翼纱是有导电纱在内、绝缘纱为外的皮芯结构，躯干纱为弹性聚氨酯纱线。由于独特的分层互锁结构，3D HIFY-TENG的翼纱在拉伸状态和恢复状态下与躯干纱接触和分离，产生摩擦电信号。此外，3D HIFY-TENG也能在与人体皮肤或其他材料接触时产生能量信号，从而实现多种形式的能量收集模式。

研究人员还建立了一个数值模型来验证和预测3D HIFY-TENG中翼纱的运动轨迹，与实验结果具有良好的一致性。此外，3D HIFY-TENG显示出强大的机械性能、良好的拉伸性（＞350%）、可编织性、可剪裁性、适形性和可洗性。将3D HIFY-TENG进一步分为三种具有平面结构的自供电织物传感器，与使用相同编织结构的普通核壳结构纱线TENG制造的织物相比，具有更高的拉伸性。该织物不仅在自供电传感方面表现出良好的性能，而且在拉伸过程中表现出独特的可调节孔隙效应，显示出在智能过滤器中的应用潜力。针对应用，研发人员又开发了智能健身系统，将花式纱线集成到智能弹力带中，用于运动频率统计分析、实时运动检测、自供电姿势校正报警等多功能运动管理。