《Nano Energy》可伸缩、可拉伸和可清洗的摩擦电纤维

科技 08-26 来源：高分子能源

柔性和可拉伸的纤维状摩擦纳米发电机（FTENG）由于能够收集人体机械能并用作自供电传感系统，因此在可穿戴电子产品中得到了广泛的研究。然而，为高度灵活和舒适的 FTENG 开发一种面部和可扩展的制造方法仍然是一项艰巨的挑战。在这里，开发了一种可扩展、灵活和可清洗的同轴结构 FTENG，它具有出色的机械拉伸性、编织能力和电输出性能。有效面积为32 cm 2的FTENG织物的瞬时功率密度可高达0.957 W m -2在 10 MΩ 的外部负载电阻下，这优于绝大多数报告的工作。作为自供电传感器，FTENGs 可以收集人体运动能量，用于检测身体生理信号和人机交互。重要的是，基于 FTENGs 开发了一种可穿戴的心肺复苏训练系统，该系统可以评估胸部按压的质量，包括按压频率、深度、胸部按压倾斜度和胸部回缩状况。预计 FTENG 的所有这些优势将广泛有利于医疗援助培训的发展。

图文简介

连续制备导电Ag NWs纤维/ FTENGs的示意图

FTENGs的制造和表征：（a）制备过程。(b) 原始纤维。(c) O 2等离子体处理。(d) 涂覆 Ag NW 4 次。(e) H 2等离子体处理。(f) 涂硅橡胶。(g) (e) 的横截面 SEM 和 EDS 映射。(h) 涂敷时间与电导率的关系。(i) 不同应变水平下经过和不经过O 2等离子体处理的导电Ag NWs纤维的电阻变化（初始纤维长度为5 cm，涂层4次）

FTENGs的工作机制和输出性能：（a）FTENGs的工作原理。(b) 使用 COMSOL 软件的电势分布模拟方案。（c）电压和（d）电流在不同冲击力（频率为1 Hz）下的输出性能。使用不同摩擦材料（频率为 1 Hz，力为 10.0 N）的 (e) 电压和 (f) 电流的输出性能。(g) 电压和 (h) 电流在不同频率下的输出性能（力为 10.0 N）。(i) 5000 次循环后电压输出性能的稳定性（频率为 1 Hz，力为 10.0 N）。

集成能量收集织物的输出性能，（a）集成能量收集织物的照片。(b) 当前。(c) 电压。(d)不同外部负载电阻下织物TENGs的电压和电流以及(e)功率密度的变化。(f)织物TENG在洗涤前后的电压输出。(g) 点亮 200 个红色 LED 和相应的工作电路图。(h) 不同电容充电曲线和 (i) 电子表工作电压曲线 (47 μF)。

FTENGs 传感器在监测人体各种生理运动中的应用：(a) 肘部弯曲，(b) 手指弯曲，(c) 步行，(d) 膝盖弯曲运动。(e) 触摸传感器系统电路图，包括触发信号转换模块和开关继电器模块。(f) 触摸开关传感器应用演示，触发带有“SICCAS”标志的风扇，以及(g) 声光报警。

用于 CPR 训练的自供电智能手套：（a）用于 CPR 的标准胸部按压姿势。(b) 标准胸外按压姿势下智能手套的输出电压-时间曲线（100% 按压深度）。(c) 肘关节在垂直和弯曲压缩状态下的输出电压信号。(d) 倾斜压缩状态的输出电压信号。(e) 电压信号对应于完整的胸外按压操作。(f) 胸外按压中断的电压信号特征。