东华大学研发具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料


发布时间:2019-12-09 18:10 浏览量 34 views
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近日,东华大学王宏志教授课题组在可穿戴能源领域取得新进展,相关研究成果以《具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料》(“All-fiber tribo-ferroelectric synergisticelectronics with high thermal-moisture stability and comfortability”,DOI:10.1038/s41467-019-13569-5)为题发表于国际知名学术期刊《自然•通讯》(Nature Communications)。东华大学系论文唯一完成单位,材料科学与工程学院长学制博士研究生杨伟峰和龚维为共同第一作者。

随着可穿戴电子设备的蓬勃兴起,人们对随身能源的需求逐渐增大,基于织物的能源器件引起了人们极大的兴趣。然而,体表与环境复杂多变的湿热条件往往会影响电学织物的性能。此外,这些随身设备的透气、透湿及可水洗性也逐渐成为研究者关注的焦点。鉴于此,研究团队以“全纤维”为设计原则,开发了一种具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料。

在本工作中,研究人员利用静电纺丝技术制备了铁电聚合物(P(VDF-TrFE))和聚酰胺6(PA6)两种纳米纤维作为功能材料,通过摩擦表面极化和铁电极化的相互作用,实现了摩擦/铁电协同电学增强。这种电子织物材料在低频外力作用下可产生5.2 W m-2的峰值功率密度。
 

(a)和(b)电子织物材料的实物和结构示意图;(c)P(VDF-TrFE)纳米纤维铁电体的电滞回线;(d)摩擦/铁电协同模型示意图

研究人员利用亲水聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺6微/纳米纤维和疏水棉织物构筑了额外的吸湿排汗层。全纤维的设计理念,保证了织物材料优良的透气和透湿性能,其较低的干态热阻和蒸发阻有利于维持舒适的体表微环境。
 

(a)电子织物材料的透气、透湿及吸湿排汗功能示意图;(b)和(c)亲水纤维的多级网络结构及直径分布

此外,研究人员还演示了电子织物在弯折、抖动时驱动液晶显示器、数字化发光点阵、电子手表,以及为锂电池充电、驱动蓝牙信号传输系统、实时捕捉足部姿态等应用。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、东华大学励志计划和东华大学研究生创新基金等的资助。

论文全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13569-5


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