东华大学先进功能材料课题组AM：用于可穿戴式能量收集和个人热管理织物的超稳定共晶芯纺纤维

为了简化多功能光电子纺织品的功能集成手段和器件结构，东华大学先进功能材料课题组（https://pilab.dhu.edu.cn/afmg/）提出了“多材料-多界面-多功能”的皮芯结构智能纤维设计思路，在单根纤维（器件）中，同时实现多种光、电学功能。

近日，课题组报道了一种以环境稳定的锌基共晶凝胶为芯层、聚四氟乙烯为鞘层的芯纺功能纤维（CSF）。CSF实现了压电增强摩擦电的协同输出，同时具有可靠的疏水性，以及高的中红外发射率和可见光反射率。由CSF编织而成的单层多功能集成纺织品可实现有效的可穿戴能量（机械能和液滴能）收集和个人热管理功能。该工作以“Hyperstable Eutectic Core-Spun Fiber Enabled Wearable Energy Harvesting and Personal Thermal Management Fabric”为题在《Advanced Materials》期刊上发表。东华大学为论文唯一完成单位，材料科学与工程学院博士研究生孙周权为第一作者，侯成义研究员为通讯作者。

图1 CSF和M-FIT的设计和制造

锌基共晶凝胶（DEG）是一种具有良好环境耐受性的无水体系凝胶，加入Zn²⁺作为配位离子提高了DEG的导电性，加入ZnO进一步提高了DEG的模量，获得了较高的强度和变形能力。此外，ZnO的压电效应有效地增强了外部物体对CSF施加反复应力时的摩擦电输出，且均匀分散的ZnO使共晶凝胶具有较高的可见光反射率和红外发射率。由CSF与聚四氟乙烯纱线编织形成单层多功能集成纺织品（M-FIT）具有高效的固-固、固-液发电和辐射冷却功能。此外，由于M-FIT不依赖功能涂层，它保持了舒适、耐用的可穿戴性（透气透湿，耐磨和抗老化）。

图2 M-FIT用于运动传感

在自发电运动传感应用中，M-FIT可监测人体细微的姿态变化，甚至在单一动作中产生具有高时间分辨性的电学图案，因此，M-FIT适用于追求高精度的竞技运动、医疗康复等领域。

图3 M-FIT用于环境能源收集

此外，M-FIT中可以引入导电纱线作为外电极，在织物与液体的接触中，将传统的固液界面效应转变为体效应，高效地利用了表面电荷，实现有效的水滴能量收集。该工作展示了M-FIT作为能源织物在模拟户外场景中的应用。当模拟降雨的液滴作用在能源织物表面，织物产生电能，实现对小型电子器件（如温湿度计、LED安全灯带）的持续供电。

图4 M-FIT用于热管理

与商用棉、涤纶和尼龙相比，M-FIT在中红外波段具有更高的发射率（94.23 %）、在可见光波段具有更高的反射率（89.15 %），因此，它可以有效地管理皮肤表面温度。在太阳辐照强度约为740 W/m²的晴朗天气下，相比于（模拟）裸露皮肤、商用棉、涤纶和尼龙，使用M-FIT遮盖的（模拟）皮肤温度降低了2-12 ℃。

近年来，课题组在光电子纤维、可穿戴能源、人机交互、智能服装等领域取得了系列进展（Science, 2022, 377, 815 (perspective). Science, 2019, 365, 150 (合作文章). Nature Communications, 2019, 10, 5541. Nature Communications, 2019, 10, 868. Nature Communications, 2018, 9, 4798. Nature Communications, 2018, 9, 590. Advanced Materials, 2023, adma.202310102. Advanced Materials, 2023, adma.202305914. Advanced Materials, 2021, 33, 2104681. Advanced Materials, 2021, 33, 2100782. Advanced Materials, 2021, 33, 2007352. ACS Nano, 2022, 16, 19373. ACS Nano, 2022, 16, 12635. ACS Nano, 2022, 16, 2188. ACS Nano, 2018, 12, 3759. Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2211035. Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2302270. Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2112693. Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2006381. Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2002508. Advanced Functional Materials, 2019, 29, 1900304. Advanced Energy Materials, 2020, 10, 2000709.），长期欢迎材料、信息、纺织、服装等专业的博士后、博士研究生、硕士研究生加入！

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202310102