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當前，隨著智能手機的產(chan) 品創新逐漸走弱，以及市場容量逐漸接近飽和，智能可穿戴電子設備成為(wei) 了智能終端產(chan) 業(ye) 的新熱點。

其中，柔性可穿戴電子設備，便是該領域內(nei) 的前沿研究方向之一。

但是，由於(yu) 柔性可穿戴電子設備的設計和功能，一直受能量來源和所用材料的影響，市麵上並沒有出現太多令人驚豔的產(chan) 品。

如果我們(men) 可以“扔掉”笨重的電池，利用自身能量為(wei) 可穿戴電子設備供電，是不是很酷炫？

如今，這一想法或許正在成為(wei) 事實。

近日，來自新加坡南洋理工大學和清華大學的科研團隊，就聯合開發出了一種可伸縮的防水“織物”，這種織物可以將人類身體(ti) 運動產(chan) 生的能量直接轉化為(wei) 電能。

在一項概念驗證實驗中，研究團隊在一塊 3 cm*4 cm 的實驗材料上輕敲，產(chan) 生的電能足以點亮 100 個(ge) LED 燈。

而且，經洗滌、折疊和褶皺後，織物的性能也不會(hui) 出現下降，甚至可以在長達 5 個(ge) 月的時間內(nei) ，保持穩定的電力輸出。

研究團隊認為(wei) ，這一新型織物具備成為(wei) 智能紡織品和可穿戴電源的潛力。

相關(guan) 研究論文以“Stretchable, Breathable, and Stable Lead-Free Perovskite/Polymer Nanofiber Composite for Hybrid Triboelectric and Piezoelectric Energy Harvesting”為(wei) 題，已發表在科學期刊 Advanced Materials 上。

一種新的替代能源

新型織物是一種能量收集裝置，它能將人類日常生活中由最微小的身體(ti) 運動產(chan) 生的振動轉化為(wei) 電能。

據論文描述，這種織物的一個(ge) 關(guan) 鍵成分是一種聚合物，當被壓製或擠壓時，這種聚合物能將機械應力轉化為(wei) 電能。

新型織物由可伸縮的氨綸（spandex）作為(wei) 基礎層，且與(yu) 類似橡膠的材料集成，以保持它的堅固、柔韌性和防水性。

“人們(men) 曾多次嚐試開發可以從(cong) 運動中獲取能量的麵料或服裝，但一個(ge) 巨大的挑戰是，如何保證它們(men) 被多次洗滌後功能不會(hui) 退化、同時又能保持良好的電力輸出。” 論文的通訊作者、南洋理工大學教授 Lee Pooi See 表示。

在此次工作中，研究團隊證實，原型織物在被洗滌和揉皺後仍然可以很好地工作，可以編織在 T 恤上或集成到鞋底，從(cong) 人體(ti) 最小的動作中收集能量，將電力輸送到移動設備。

新型織物通過兩(liang) 種方式發電：當它因被按壓（pressed）或壓扁（squashed）而出現壓電現象（piezoelectricity）時，以及當它與(yu) 其他材料（比如皮膚或橡膠手套）摩擦產(chan) 生摩擦電效應時。

為(wei) 了製造這一原型織物，科學家們(men) 首先通過絲(si) 網印刷一種由銀和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）組成的“墨水”，製造出一種可拉伸的電極。

然後，這個(ge) 可拉伸的電極被連接到一塊納米纖維織物上，其組成成分分別為(wei) PVDF-HPF（一種在壓縮、彎曲或拉伸時產(chan) 生電荷的聚合物）和無鉛鈣鈦礦（一種在太陽能電池和 LED 領域很有前途的材料）。

研究團隊表示，在 PVDF-HPF 中嵌入鈣鈦礦可以增加原型織物的電輸出能力，而且無鉛鈣鈦礦是一種更環保的選擇。PVDF-HPF 不僅(jin) 賦予鈣鈦礦特殊的機械耐久性和靈活性，也對鈣鈦礦起到了額外的保護層，增加了其機械性能和穩定性。

再也不需要電池了？

為(wei) 了演示他們(men) 的原型織物是如何工作的，研究團隊展示了一隻手在一塊 3 cm*4 cm 的織物上連續輕敲，如何點亮 100 個(ge) LED 燈，或為(wei) 各種電容充電。

結果顯示，新型織物表現出了良好的耐久性和穩定性——其電性能在洗滌、折疊和褶皺後不會(hui) 惡化，它還繼續產(chan) 生連續穩定的電力輸出長達 5 個(ge) 月。

此外，新型織物可以被附著在胳膊、腿、手、肘部以及鞋墊上，利用人類一係列運動產(chan) 生的能量，而且不會(hui) 對運動產(chan) 生影響。

“盡管電池容量有所提高，電力需求有所減少，可穿戴設備的電源仍然需要經常更換電池。我們(men) 的結果表明，我們(men) 的能量收集原型織物可以利用來自人類的振動能量，從(cong) 而潛在地延長電池的壽命，甚至構建自供電係統。據我們(men) 所知，這是第一個(ge) 基於(yu) 鈣鈦礦的混合能源設備，它穩定、可拉伸、透氣、防水，同時能夠提供出色的電力輸出性能。” Lee 表示。

當前，研究團隊正在研究如何利用相同的織物來收集不同形式的能量。

參考資料：

https://www.ntu.edu.sg/news/detail/new-'fabric'-converts-motion-into-electricity

https://ersp.lib.whu.edu.cn/s/com/wiley/onlinelibrary/G.https/doi/10.1002/adma.202200042

https://www.reddit.com/r/science/comments/v5mlal/scientists_have_developed_a_stretchable_and/

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