机电转化纤维及自供能可穿戴纺织器件

赵继忠1,2, 陈枭1, 董凯1,2 （1.中国科学院北京纳米能源与系统研究所；2.中国科学院大学纳米科学与技术学院)

摘要:随着智能电子设备的迅猛发展, 人们对柔性、可穿戴的自供能系统的需求日益增长. 机电转化纤维(mechano-electric conversion fibers, MECFs)凭借其卓越的能量转换能力, 成为实现这一目标的关键技术. 本文综合评述了MECFs的基本原理、制备技术、结构分类以及在自供能可穿戴纺织器件中的应用, 并对未来的发展趋势进行了展望. MECFs依赖于摩擦电效应进行能量转换, 该效应主要通过摩擦起电和静电感应两个步骤实现. 制备技术是影响MECFs规模化生产的关键因素, 本文特别介绍了几种常见的制备方法, 包括静电纺丝、纺纱、湿法纺丝和熔融纺丝. 根据编织结构, MECFs可分为一维纤维器件、二维纺织器件和三维纺织器件. 在可穿戴电子设备领域, 能源供应问题一直是限制其发展的瓶颈. MECFs直接将机械能转换为电能, 为解决这一问题提供了创新的解决方案.MECFs还可以以自供能的形式进行传感, 极大地扩展了可穿戴设备的使用场景和应用潜力. MECFs研究正处于快速发展阶段, 未来的研究需要进一步优化材料性能, 提升能量转换效率, 与现有电子系统集成, 实现更智能、更灵活的可穿戴设备.

关键词:机电转化纤维, 可穿戴电子, 摩擦纳米发电机, 智能传感器, 物联网