纳米科学家开发出一种可穿戴纺织品，可以将身体运动转化为可用电能，甚至可以储存这种能量。这种织物可能具有广泛的应用，从医疗监测到协助运动员和他们的教练跟踪他们的表现，以及服装上的智能显示。

负责纺织品的研究团队在《纳米研究能源》杂志上发表的一篇论文中描述了它的工作原理。

从智能手表到无绳耳机，人们已经可以使用范围广泛的可穿戴电子设备。一系列健康、运动和活动监测器现已集成到智能手机中。

但是，由于可以放置在身体上或身体附近的位置很少，因此此类传感器的准确性仍然有限，并且与许多健康和运动专家对此类技术的雄心相比，其应用范围也很有限。

未来，如果能够开发出先进的面料，那么集成到衬衫、裤子、内衣和帽子中的可穿戴电子设备或许能够追踪虚弱指标以评估与年龄相关的疾病的风险，监测皮质醇水平以追踪压力水平，甚至检测病原体作为全球大流行监测网络的一部分。

要想将可穿戴电子产品提升到一个新的水平，将健康监测器、运动传感器、导航系统和活动追踪器以一种轻便、不显眼和不那么笨重的方式集成到衣服中，仍然需要在先进纺织品方面取得一些重大突破。

现有可穿戴电子产品的挑战之一来自灵活性的限制，因此为设备提供能量的组件的耐磨性。此外，能源供应单元需要易于与设备集成，并且在环保意识增强的时代具有可持续性。最重要的是，现有的储能技术容量非常有限。电池和超级电容器可以储存能量，但它们不能在没有外部电源的情况下自发产生能量。

“电池佩戴起来也不是很舒服，”该论文的第一作者、中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所的纳米系统专家盛飞凡说。“因此，可穿戴和自充电电源的开发至关重要。”

董教授的纳米科学家团队生产了他们所谓的“纤维-TENG”，这是一种灵活的、可编织的、可穿戴的结构，它利用了摩擦电效应，其中某些材料在与另一种不同材料摩擦接触后会带电。例如，常见的静电涉及摩擦起电效应的接触感应带电。

纤维-TENG由三层组成：聚乳酸层(一种常用于3D打印的聚酯)、还原氧化石墨烯层(一种价格低廉的石墨烯)和聚吡咯层(一种已广泛用于3D打印的聚合物)电子和医学)。

当纤维-TENG受到机械变形时，例如穿着由纺织品编织的衣服的人弯曲或拉伸时，聚乳酸和还原氧化石墨烯层之间接触产生的摩擦电荷可以被收集聚吡咯层。该过程产生可用作发电单元的电输出。

纤维-TENG开发的关键是一种新工艺，用于制备用于同轴纤维状超级电容器(纤维-SC)的氧化石墨烯纤维——集成到纺织品中的储能设施。同轴结构在弯曲和扭曲时提供了极大的稳定性。

该过程包括将活性材料(可以储存和释放电能的材料)添加到还原氧化石墨烯(rGO)纤维的表面。首先，研究人员通过使用氢碘酸生产了rGO纤维。然后，他们使用一种称为电沉积的工艺将两种活性材料二氧化锰(MnO2)和聚吡咯(PPy)添加到rGO纤维的表面——一种通过施加电流将材料沉积到表面的方法。

这产生了一种称为rGO-PPy-MnO2的负电极材料，用于纤维-SC。然后通过在rGO-PPy-MnO2的表面上均匀地涂覆具有聚乙烯醇和磷酸电解质的多壁碳纳米管(MWCNT)来制备正极材料。

研究人员测试了他们的纤维-TENG纺织品，发现它在充电和放电循环中具有高能量密度和长期稳定性，增强了其在提供可穿戴能量生成和存储方面的前景。

该团队现在想开始探索他们的纺织品在实际应用中的潜在用途。为此，他们需要优化动力纺织品的设计和制造工艺，研究其在不同条件下的性能，并开发可在实验室以外的商业运营中使用的可扩展制造工艺。

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标签：纺织品能量运动