将电能集成到织物中为可穿戴技术提供了令人兴奋的机会，长期以来，制造灵活、耐高温的基于纺织品的电能一直是一个挑战。本文提出了一种全纱线摩擦电纳米发电机(Y-TENG)，用于在25 ~ 400℃的温度范围内收集电能并感知生物运动，大大提高了温度上限。Y-TENG能够输出转移电荷密度为30 nC cm−2，外部负载电阻为180 MΩ，峰值功率达到0.17 mW，平均响应时间小于15 ms。采用简单的工艺策略，在聚酰亚胺纳米包覆层静电纺丝过程中引入二氧化硅气凝胶制备多层稳定摩擦电纱。与普通纤维和纱线不同，核壳结构设计对各种机械触发源具有较高的灵敏度。进一步开发了协同智能防护服自供电运动特性监测系统，提供实时感知和救援援助。该气凝胶纳米包覆摩擦电纱在高温等多种高风险环境下的发电和运动检测方面具有广阔的应用前景。
气凝胶纳米包覆摩擦电纱的制备与结构。
气凝胶纳米包覆摩擦电纱的性能。a)摩擦电纱高温性能试验。b)接触分离运动下摩擦电纱工作原理示意图。c)利用COMSOL软件对开路条件下摩擦电纱线电位分布的模拟结果。d-f)摩擦电纱在不同高温下的输出电性能。g).氩气气氛下PI@SiO2气凝胶与PI的热重曲线。h,i) PI@SiO2气凝胶和PI在氩气气氛中的失重速率。j)摩擦电纱在25、100、200、300、400℃高温处理30分钟后的SEM图像。
演示由防护服和Y-TENGs集成的自供电运动特性监测系统。a)高危环境下对应的应用场景图。b) Y-TENG装置固定在防护服上及输出性能图。c)全身各y - teng信号统计图。d,e) y - teng的固定位置和不同运动状态的输出。
论文信息
论文题目：Harvesting Electrical Energy from High Temperature Environment by Aerogel Nano-Covered Triboelectric Yarns
通讯作者：陈宝东，王中林
通讯单位：中科院北京纳米能源所
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