研究人员开发了基于石墨烯的可穿戴纺织品，可以从身体运动中捕获能量，为设备供电

来自四川大学、中国科学院和佐治亚理工学院的研究人员开发了一种基于石墨烯的可穿戴纺织品，可以将身体运动转化为可用的电力，甚至可以储存能量。该面料可用于广泛的应用，从医疗监测到协助运动员及其教练跟踪他们的表现，以及服装上的智能展示。

当前的可穿戴电子设备和各种可用的健康监测器的准确性仍然有限，因为它们可以放置在身体上或附近的少数几个位置，并且仅限于一小部分应用程序。未来，如果能够开发出先进的面料，集成到衬衫、裤子、内衣和帽子中的可穿戴电子设备将能够追踪虚弱指标以评估与年龄相关的疾病的风险，监测皮质醇水平以追踪压力水平，甚至检测病原体作为全球大流行监测网络的一部分。为了将可穿戴电子产品提升到一个新的水平，监视器必须以轻便、不显眼且不那么笨重的方式集成到纺织品中。

现有可穿戴电子产品的挑战之一来自灵活性的限制，从而限制了为设备提供能量的组件的耐磨性。此外，供能装置需要易于与设备集成，并且在环保意识日益增强的时代，可持续。最重要的是，现有的储能技术容量非常有限。电池和超级电容器可以储存能量，但如果没有外部电源，它们就无法自发产生能量。

“电池佩戴起来也不是很舒服，”该论文的主要作者，中国科学院北京纳米能源与纳米系统研究所的纳米系统专家Feifan Sheng说。“因此，可穿戴和自充电电源的开发至关重要。

科学家团队生产了他们所谓的“TENG纤维”，这是一种灵活的，可编织的，可穿戴的结构，利用摩擦电效应，其中某些材料在与另一种不同的材料摩擦接触后会带电。例如，常见的静电涉及摩擦电效应的接触诱导带电。

TENG纤维由三层组成：聚乳酸层（一种常用于3D打印的聚酯），还原氧化石墨烯层（一种非常实惠的石墨烯）和聚吡咯层（一种已经广泛用于电子和医学的聚合物）。

当TENG纤维受到机械变形时，例如穿着一件由纺织品编织的衣服的人弯曲或拉伸，聚乳酸和还原的氧化石墨烯层之间接触产生的摩擦电荷可以被聚吡咯层收集。该过程产生可用作发电单元的电输出。

开发TENG纤维的关键是一种新工艺，用于制备氧化石墨烯纤维，用于同轴纤维形超级电容器（fiber-SC） – 集成到纺织品中的储能设施。同轴结构在弯曲和扭曲时提供了极大的稳定性。

该过程涉及将活性材料（可以存储和释放电能的材料）添加到还原氧化石墨烯（rGO）纤维的表面上。首先，研究人员通过应用氢碘酸生产rGO纤维。然后，他们使用称为电沉积的工艺将两种活性材料二氧化锰（MnO2）和聚吡咯（PPy）添加到rGO纤维的表面上 – 一种通过施加电流将材料沉积到表面上的方法。

这创造了一种称为rGO-PPy-MnO2的负极材料，用于光纤SC。然后，通过在rGO-PPy-MnO2表面均匀涂覆聚乙烯醇和磷酸电解质的多壁碳纳米管（MWCNTs）来制备正极材料。

研究人员测试他们的TENG纤维纺织品，发现它在充电和放电循环中实现了高能量密度和长时间的稳定性，增强了其在提供可穿戴能源生产和存储方面的前景。

该团队现在计划开始探索其纺织品在实际应用中的潜在用途。为此，他们需要优化电力纺织品的设计和制造工艺，研究其在不同条件下的性能，并开发一种可扩展的制造工艺，可用于实验室以外的商业运营。