北京林业大学马明国教授团队：基于多功能复合织物的摩擦纳米发电机应用于生物机械能量收集

近年来，柔性可穿戴设备在智能服装、电子皮肤、人机交互 等领域经历了快速的发展。传统的柔性基底材料透气性差，不适合长时间佩戴。纤维素织物由于具有环保性、丰富的表面基团和良好的机械性能，成为理想的柔性基底材料。纤维素织物兼具良好的柔韧性和透气性，在能量管理和生物机械能量收集方面受到广泛关注。高效集成自清洁、光热、生物机械能量收集等多种功能于一体，有利于拓展智能复合织物的应用领域。

据此，北京林业大学马明国教授团队通过原位聚合的方法将聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy）复合到无尘纸上形成智能复合织物，以智能织物为正摩擦材料制备了摩擦纳米发电机，应用于生物机械能量收集。智能复合织物耐酸碱，透气性好，展现出优异的自清洁性能；具有卓越的光热性能，模拟太阳光下光热温度达到55.4 °C；志愿者穿戴智能复合织物在太阳光照射下，光热温度达到51.5°C，具有明显的实际应用价值。更为重要的是，以智能复合织物为正摩擦材料，制备的摩擦纳米发电机（TENG）可以通过微小人体运动中收集能量来转换电信号，开路电压、短路电流和转移电荷分别为213.6 V、14.7 μA和82.7 nC。摩擦纳米发电机可以用作生物力学能量采集器，具有自供电传感器的潜能，为下一代轻型、便携式热管理织物的应用提供了可能。

相关成果以“ Multifunctional composite fabric with outstanding self-cleaning and high photothermal effect for biomechanical energy harvester” 为题发表在国际期刊Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。论文的第一作者为北京林业大学材料科学与技术学院博士研究生黄灵芝，通讯作者为北京林业大学马明国教授。该研究工作得到了国家重点研发计划项目的资助。

图1. 多功能PPy/PANI@PFOTES织物的制备

图2. PPy/PANI@PFOTES织物透气性和疏水性

图3. PPy/PANI@PFOTES织物的光热性能

图4.PPy/PANI@PFOTES织物用作生物力学能量收集

论文信息：

Ling-Zhi Huang, Meng-Yu Qi, Wei Zhang, Wen-Yan Guo, Ming-Guo Ma.* Multifunctional composite fabric with outstanding self-cleaning and high photothermal effect for biomechanical energy harvester. Composites Part A, 2023, 172, 107623.

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X23001999

来源：高分子科学前沿

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