智能可穿戴技術的快速發(fā)展對供能系統(tǒng)適用、經(jīng)濟、環(huán)保等提出了更高的要求。因體積大、不耐久、非柔性、不易集成于織物、綜合成本高昂,并且單位儲能能力有限、電容充電不便,所以現(xiàn)有的原電池、二次電池、燃料電池、儲能電池等"化學能-電能"裝置,無法滿足智能可穿戴設備對能源供給系統(tǒng)的要求。摩擦納米發(fā)電機（TENG）可以將環(huán)境中低頻機械能轉(zhuǎn)化為電能,且擁有能源供應穩(wěn)定、經(jīng)濟性好、適用性強、清潔環(huán)保等優(yōu)勢。將摩擦納米發(fā)電機集成到紡織品上,持續(xù)、穩(wěn)定提供電能是解決目前織物基智能可穿戴領域供能問題的重要途徑�？偨Y了摩擦納米發(fā)電機相比較于傳統(tǒng)電池的應用優(yōu)勢,介紹了摩擦納米發(fā)電機的基本工作原理和理論模型,概述了提高摩擦發(fā)電性能的方法,詳述了其在織物上材料集成與結構設計方式,列舉了其集成在紡織品及其他方面上的應用。討論了目前摩擦納米發(fā)電機在織物基智能可穿戴研究中存在的問題,展望了恒流摩擦納米發(fā)電機等未來研究方向。 

【文章來源】：現(xiàn)代紡織技術. 2020,28(04)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

摩擦納米發(fā)電機供電的運動鞋快速消毒殺菌系統(tǒng)[43]

根據(jù)摩擦電材料、電極的結構及它們相對運動方式的不同,摩擦納米發(fā)電機的基本工作模型可以分為垂直接觸分離模式、水平滑動模式、單電極模式、獨立層模式,如圖1所示。1.2.1 垂直接觸分離模式

構造摩擦表面圖案化微結構可以提升材料表面粗糙度、增大摩擦面積,從而提升摩擦表面電荷密度,增強系統(tǒng)電輸出性能。粗糙的摩擦表面在同等作用條件下能夠增大摩擦阻力,減弱摩擦材料對電荷的束縛,促進電荷轉(zhuǎn)移;并且在宏觀面積一定的條件下,通過制造微觀立體結構,可以增大總的摩擦面積,增加單位電荷量。恰當?shù)哪Σ帘砻鎴D案化微結構還能夠延長摩擦納米發(fā)電機使用壽命[14]。如圖3(a)通過引入納米線/金字塔陣列來增大摩擦材料表面粗糙度,提高單位面積有效接觸面積,從而提升電荷總量,增大電流輸出[14];圖3(b)在摩擦納米發(fā)電機結構中引入液態(tài)金屬,使固固摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)楣桃耗Σ?有效避免了不良觸點的影響,可以獲得高電荷密度和高瞬時能量轉(zhuǎn)換效率[15-16];圖3(c)在摩擦納米發(fā)電機中引入硅膠等軟質(zhì)材料,得到適宜應用于智能可穿戴器件的纖維狀摩擦納米發(fā)電機[17]。另外,光、等離子體、電化學等蝕刻方式,也能夠增加摩擦電荷密度,提升電輸出性能,但設備昂貴、工藝復雜、處理成本極高,難以推廣應用[18]。圖3 摩擦材料表面圖案化微結構構建方式

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Spiral Steel Wire Based Fiber-Shaped Stretchable and Tailorable Triboelectric Nanogenerator for Wearable Power Source and Active Gesture Sensor[J]. Lingjie Xie,Xiaoping Chen,Zhen Wen,Yanqin Yang,Jihong Shi,Chen Chen,Mingfa Peng,Yina Liu,Xuhui Sun.  Nano-Micro Letters. 2019(03)
[2]紡織基摩擦納米發(fā)電機收集人體運動能量的研究[J]. 陳熒,張志,白志青,郭建生.  紡織科學與工程學報. 2019(02)
[3]摩擦納米發(fā)電機在自驅(qū)動微系統(tǒng)研究中的現(xiàn)狀與展望[J]. 張弛,付賢鵬,王中林.  機械工程學報. 2019(07)

博士論文
[1]面向自供電人體運動信息采集的柔性摩擦納米發(fā)電機研究[D]. 田竹梅.中北大學 2018

碩士論文
[1]基于靜電紡纖維的摩擦納米發(fā)電機的制備及其人體機械能收集性能研究[D]. 沈家力.東華大學 2018
[2]基于雙面微納尺度結構摩擦納米發(fā)電機的制備及其性能研究[D]. 趙博.蘭州大學 2016
[3]基于生物相容性材料摩擦電發(fā)電機的制備及性能研究[D]. 孫婧.天津理工大學 2015



本文編號：3573201