台湾中兴大学团队工作， 奇材馆整理

【文章概述】

近年来，可穿戴和可拉伸电子产品极大地扩展了电子产品的应用领域，在智能纺织品、电子皮肤和可适应人体健康的监护仪等领域具有广阔的应用前景。然而，传统的电池又笨又硬，、能量也有限、使用寿命短、并产生有毒废物，迫切需要开发出新型的能源系统以适应于物联网时代的可穿戴应用。特别是，频繁地充电和更换电池在很大程度上限制了可穿戴电子设备的自主运行并限制了其使用，克服这个障碍是未来能源发展的重中之重。因此，需要开发出能够从人体或周围环境产生电能以实现自给自足和可持续利用的能量收集技术。

【成果简介】

北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey和台湾中兴大学Ying-Chih Lai的研究团队提出了第一款可以收集人体运动产生的机械能和周围电器产生的电磁能的弹性多功能纤维。除了将多种浪费的能源转化为电能外，这些纤维还可以用作自供电的触觉和生物力学传感器。纤维由填充有液态金属的中空弹性体纤维组成。纤维通过摩擦电（160 V/m、5 μA/m和≈360μW/m）和液态金属（±8 V/m（60 Hz），±1.4 μA/m和≈8μW/m）的感应电的结合来收集能量。研究人员对纤维进行了表征，并验证了它们在为电子设备供电和感应生物力学信息方面的效用。这些纤维被进一步证明是用于人机界面的完全柔软和可拉伸的组件，包括键盘和无线音乐控制器。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待!

【图文导读】

图1a描述了多功能本征可拉伸液态金属纤维（ISLMF）的制造和应用场景的示意图。图1b描绘了带有和不带有EGaIn填料的聚（苯乙烯-b-（乙烯-共-丁烯）-b-苯乙烯）（SEBS）纤维的横截面。SEBS纤维的横截面为三角形，而EGaIn液体充满了纤维的芯。 图1c显示了ISLMF的应力和应变测量。结果表明它具有类似橡胶的性能，并显示出高达650％应变的出色拉伸性。图1d展示了ISLMF处于松弛状态并拉伸至> 400％的应变。

图1多功能ISLMF，用于从人体运动中收集机械能，并从电气设备中以及作为自供电传感器来收集电磁能。

 a）ISLMF的制造过程示意图及其在收集环境能量和自供电传感中的用途。

 b）中空SEBS纤维（左）和ISLMF（右）横截面的光学图像。

 c）ISLMF的应力-应变曲线。

 d）松弛的ISLMF的图像，并显示出拉伸到> 400％的应变。

图2 基于ISLMF的TENG的演示。

a）基于ISLMF的弹性TENG纺织品的照片，并显示出拉伸到> 160％的应变。

b–d）上部：照片表明基于ISLMF的TENG分别从肘部运动，敏锐运动和拍打中获取能量。 

下部：肘部运动，敏锐运动和轻击分别得到的Isc。

 e）充放电能量的等效电路。

f）不同电容器的充电曲线。

g）演示了驱动电子表的能量收集和h）实时充电/放电曲线。

 i）演示了驱动计算器所需的能量，以及j）实时充电/放电曲线。

图3 ISLMF从环境电器中收集电磁能的机制。

图4 ISLMF收集周围电器的电磁能的性能。

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