科學家研制出可同時采集光能和機械能的復合能源衣

    隨著智能可穿戴設備的蓬勃發展，人們對輕便價廉的便攜式柔性可持續電源的需求日益凸顯。人們一直夢想實現一種可以織入衣物的能源技術，其可以收集光、風、人體運動等各種環境能量，并轉化為電能來給隨身穿戴的電子設備提供持續電能。在美國佐治亞理工學院、中國科學院納米能源與系統研究所王中林教授課題組與重慶大學范興副教授課題組的共同努力下，受到飛梭織布技術的啟發，突破了電極微納界面應力控制的技術難關，成功地將新型高分子纖維基太陽能電池與纖維摩擦納米發電機共同編織，形成了一種單層、輕質、透氣、廉價的新型全固態智能可穿戴織物。該織物不僅可以采集太陽光能，還可以同時將人體運動導致的織物內部纖維機械摩擦轉化成電能，從而驅動隨身電子設備不間斷地工作。 　　  

    通過飛梭織布技術，可以在一張320微米厚的單層織物中，將太陽能織物模塊和納米發電機模塊按照不同的電氣輸出要求進行各種復雜的串并聯，并根據需求集成到人體衣物的不同部位。值得一提的是，通過太陽能模塊與納米發電機模塊的結合，該電源織物在幾百歐姆到兆歐姆的阻抗范圍內，都可以實現較平穩的功率輸出，從而極大提高了織物作為電源的適配能力。該工作中，還系統地研究考察了平紋、斜紋、緞紋、混合紋路等不同織物結構對織物器件的電學輸出的影響。并通過與彩色絲線共紡，從而實現了不同顏色、不同外觀花紋的實用型能源織物。 基于能源織物，一系列的自供電衣服、窗簾、帳篷等等日常生活中常用的布料物品都可得以實現自供電功能。實驗結果表明，一張長5厘米，寬4厘米的單層織物在戶外陽光以及機械運動的共同驅動下，不僅可以給電子表，手機等設備提供持續電能，還可以驅動電解水等電化學反應。此外，這種新型的飛梭織造技術非常利于大規模生產，進一步降低了織物的造價。由于該能源織物，具有輕薄，柔軟，可穿戴，可折疊，透氣性好等優良性質，它將在穿戴電子、人體健康、能源，軍事等領域具有寬闊的應用發展前景。相關工作發表在最新一期的《自然·能源》中 (Nature Energy 1, 16138,2016,DOI10.1038/NENERGY.2016.138)。 美國佐治亞理工學院的陳俊博士(現為斯坦福大學博士后)與重慶大學的黃藝同學為論文的共同第一作者。