近日，武汉纺织大学材料学院殷先泽教授团队，与材料学院杨诗文副教授及佛山市第二人民医院文先杰教授合作，在《Nano Energy》上发表了题为“Phase transformation enabled textile triboelectric nanogenerators for wearable energy harvesting and personal thermoregulation”的论文。武汉纺织大学材料学院和先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室为第一单位。材料学院研究生陈之诚、徐梅为共同第一作者。该论文详细分析了二氧化钛无溶剂纳米类流体(TiO₂ nfs)在织物型摩擦电纳米发电机(t-TENGs)的应用，报道了二氧化钛无溶剂纳米类流体在人体温范围内迷人的相变吸热特性及其在机电转化中面向生命健康传感的应用(图1)。

《Nano Energy》是爱斯维尔出版社(Elsevier)旗下涵盖纳米材料和纳米设备在能源收集、转换、存储、利用和政策方面的多学科Top期刊。

图1 TiO₂ nfs@CA纤维膜的制备方案。

【文章信息】

Phase transformation enabled textile triboelectric nanogenerators for wearable energy harvesting and personal thermoregulation

Zhicheng Chen ^{a, 1}, Mei Xu ^{a, 1}, Cheng Zhou ^a, Ziyao Hu ^a, Zhengliang Du ^c, Xinming Fu ^a, Yiheng Song ^a, Yingbin jia ^a*, Xianjie Wen ^b*, Jinfeng Wang ^a, Guangming Cai ^{a, e}, Shiwen Yang ^a*, Xianze Yin ^{a, b, d*}

Nano Energy

Accepted: 11 October 2024

【本文亮点】

本研究提出了一种新的被动冷却策略，通过将无溶剂亲水性的TiO₂ nfs整合到醋酸纤维素(CA)纤维膜(TiO₂ nfs@CA)中来实现人体舒适和高效的能量收集。有趣的是，TiO₂ nfs在32-38℃温度范围内的相变有效地调节了TiO₂ nfs@CA纤维膜的表面温度。与原始CA织物相比，TiO₂ nfs@CA纤维膜具有优异的太阳反射率(93.43%)，高红外发射率(85%)，优异的水蒸气输送率(12.6 g m^-2 h^-1)。通过将TiO₂ nfs@CA纤维膜集成到商用织物上，可用于车辆、建筑和器件等关键材料的散热，相较于CA膜，TiO₂ nfs@CA纤维膜展现出平均降低4-8°C的温度优势(图2)。

图2 TiO₂ nfs@CA纤维膜的辐射冷却应用

在机电转化方面， TiO₂ nfs显著提高了材料的抗紫外线性能、力学性能和介电性能，同时提高了基于摩擦电的机电转化能力。TiO₂ nfs@CA t-TENGs在能量收集能力和压力传感能力方面表现出优越的功能性。通过支持向量机与无线传感技术(准确率达97%)，可用于实现实时分辨运动类型，包括足部运动分析以及人体健康维护目的恢复评估。通过深度学习，实现了远程监测肢体受伤者足部回复情况。总的来说，这种还兼具亲肤性、可染性和可回收特性的TiO₂ nfs@CA t-TENGs为舒适的自供电可穿戴设备提供了一种新方法，以实现实际的足部运动预测和健康监测。

图3 TiO₂ nfs@CA t-TENGs的肢体恢复监测功能

【近期团队相关进展】

该团队长期围绕柔性可穿戴材料机电转化与信号传感展开研究，近日还在Adv. Mater.、Nano Energy和ACS sensors上发表了相关论文：

(1) Shape-Regulated Motion and Energy Conversion of Polyelectrolyte Membrane Actuators, Adv. Mater., 2024, 2407560. (DOI：10.1002/adma.202407560);

(2) Strong, flexible and robust aramid nanofibers-based textile-triboelectric nanogenerators for high temperature escape monitoring and multifunctional applications, Nano Energy, 2024, 109359. (DOI：10.1016/j.nanoen.2024.109359);

(3) Anisotropic elastomer ionomer composite-based strain sensors: achieving high sensitivity and wide detection for human motion detection and wireless transmission, ACS sensors, 2024, 2156-2165. (DOI：10.1021/acssensors.4c00274)。