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柔性可穿戴電子產(chǎn)品在健康監(jiān)測、運(yùn)動跟蹤、醫(yī)療護(hù)理、個人防護(hù)和安全等眾領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，近年來已經(jīng)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。然而，可穿戴電子產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)：

（1）由于可穿戴電子設(shè)備通常需要外接電源，傳統(tǒng)電源具有重量大、體積大、容量和使用壽命有限等缺點，在很大程度上阻礙了可穿戴電子設(shè)備的實際和可持續(xù)使用，因此，自供電傳感器成為主要的研究方向之一。

（2）大多數(shù)電極材料（如碳納米管/納米纖維、石墨烯、金屬納米線/納米槽和導(dǎo)電聚合物等）的電導(dǎo)率在高度拉伸情況下會急劇下降甚至消失，而人體的大變形動作可能會降低甚至損壞可穿戴電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)或功能，開發(fā)既具有高度可拉伸性同時保持良好導(dǎo)電性的電極材料成為關(guān)鍵。

（3）目前自供電可穿戴式傳感器通常只針對某一單一類型的人體運(yùn)動，事實上，可穿戴式傳感器應(yīng)當(dāng)能夠以高效、及時和靈敏的方式響應(yīng)多種形式的機(jī)械刺激，如拉伸、壓縮、彎曲和扭曲等。

自供電傳感器

摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）是一種能量收集技術(shù)，其基于摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合效應(yīng)可將無處不在的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。TENG還可以用作自供電傳感器，通過監(jiān)測實時電壓或電流信號來主動檢測由機(jī)械運(yùn)動所引起的靜態(tài)或動態(tài)過程，這在實時人體交互式傳感系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用。

基于紡織的TENG具有輕便、持久、透氣、可變形和可清洗等特點，不僅可以適應(yīng)復(fù)雜的非平面形狀，同時可保持良好的性能可靠性以及整體性。將TENG技術(shù)融入傳統(tǒng)紡織生產(chǎn)為可穿戴電子紡織品以及自供電傳感設(shè)備的發(fā)展帶來了更多的可能性。

高度可拉伸的TENG紗線

近日，佐治亞理工學(xué)院王中林院士課題組的研究提出了一種高度可拉伸的TENG紗線的制作方法：以鍍銀尼龍紗線為電極材料，以硅橡膠彈性體為介電、支撐和包封材料，制成了一種芯、鞘層都具有類似彈簧的螺旋纏繞結(jié)構(gòu)的同軸芯鞘結(jié)構(gòu)TENG紗線。

高度可拉伸的TENG紗線的制作方法及拉伸、彎曲性能

由于這種芯鞘共軛結(jié)構(gòu)和內(nèi)置的彈簧纏繞結(jié)構(gòu)，所開發(fā)的TENG紗線具有優(yōu)異拉伸性能（拉伸應(yīng)變200％），可承受包括卷曲、扭曲、打結(jié)和彎曲等不同類型的外界機(jī)械載荷，可用于采集多種機(jī)械能量以及各種類型的人體運(yùn)動信號。

憑借這些優(yōu)異的性能，該TENG紗線可以用于自計數(shù)跳繩、自供電手勢識別手套以及實時高爾夫評分系統(tǒng)。此外，紗線TENG還可以編織成大面積能量收集織物，能夠點亮發(fā)光二極管（LED），給商業(yè)電容器充電，為智能手表供電。

高度可拉伸的TENG紗線在自計數(shù)跳繩中的應(yīng)用

高度可拉伸的TENG紗線在手勢識別手套中的應(yīng)用

高度可拉伸的TENG紗線在實時高爾夫評分系統(tǒng)中的應(yīng)用

高度可拉伸的TENG紗線在大面積能量采集織物中的應(yīng)用

這項工作為基于紡織結(jié)構(gòu)的多模式機(jī)械能收集器和高度敏感的自供電運(yùn)動傳感器提供了一個新方向，未來可用于可持續(xù)電源供電、自供電可穿戴電子設(shè)備、個性化運(yùn)動/健康監(jiān)測以及實時人機(jī)交互等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在Advanced Energy Materials上，原文標(biāo)題為“Versatile Core-Sheath Yarn for Sustainable Biomechanical Energy Harvesting and Real-Time Human-Interactive Sensing”。