随着物联网、大数据、人工智能等新兴产业和先进学科的蓬勃发展,纺织品的用途不再局限于安全保护、保暖和美观,将传统功能与智能化、信息化相融合,才能顺应时代要求。

记者近日从云南大学材料与能源学院了解到,该院研究人员开发了一种可洗、透气、柔性的可穿戴织物,集户外人体温度调控、密码信息传输以及自供能传感等功能于一体,解决了传统可穿戴电子设备依靠外源供电、功能单一以及灵敏度较低等问题,为实现多功能集成可穿戴设备提供了一个新的解决方案,同时该材料在智能家居控制、人机交互系统、纳米机器人等领域也展现出了潜在的应用价值。相关成果已发表在国际知名能源期刊《纳米能源》上。

“随着物联网、大数据、人工智能等新兴产业和先进学科的蓬勃发展,纺织品的用途不再局限于安全保护、保暖和美观,将传统功能与智能化、信息化相融合,才能顺应时代要求。”云南大学材料与能源学院万艳芬副教授告诉科技日报记者,电子元件与传统纺织品的结合催生了智能纺织品或电子纺织品的出现,而赋予传统织物个人热管理、传感、交互、电子控制和自供能等多种功能,将是新一代可穿戴电子设备未来的发展方向。

为解决可穿戴织物的个人热管理及能量供应等问题,万艳芬团队近期开发了混合了炭黑纳米颗粒或钛酸钡纳米颗粒且具有温度调控功能的聚丙烯腈仿生纳米织物(以下简称纳米织物)。

通过纳米材料结构和光学特性的调控,这种纳米织物拥有了户外人体热管理的功能——在阳光辐照下,穿上这种纳米织物可实现使模拟皮肤的温度升高8.7℃或降低2.5℃。

“纳米织物主要是通过调控人体热辐射透过率以及太阳光的吸收与反射来实现温度调控的。”万艳芬说,在环境温度较低时,纳米织物可有效吸收太阳光(最高吸收率大于90%)转换为热能,并降低了其人体热辐射透过率(人体热辐射透过率小于50%),减少了热损失,故能使模拟皮肤温度升高8.7℃;当环境温度较高时,纳米织物可有效反射太阳光,阻止皮肤温度上升,与此同时,纳米织物纤维的间隙为100—300纳米,人体热辐射可有效透过,有效的进行散热,故能使人体模拟皮肤表面降温2.5℃。在上述过程中,纳米织物与模拟人体皮肤之间具有了温度差。

“同时,通过热电模块(一种将热能转化为电能的装置),可以将纳米织物和模拟皮肤之间产生的温度差转化成电能。这样就可以在进行人体热管理的同时,为其他电子设备供电。” 万艳芬表示。

此外,万艳芬团队还创新性地将摩擦纳米发电机与智能织物材料相结合,人体穿戴纳米织物后,摩擦纳米发电机可以通过人体在运动过程中的摩擦起电效应与静电感应耦合的原理进行发电。万艳芬说:“摩擦纳米发电机既可进行发电,也可利用自己输出的电信号作为传感信号进行自驱动传感。”

“这一研究成果展示了未来纳米器件与材料科技交叉应用的潜力,它推动了个人热管理、能量转化和自供电传感技术的开发和应用的进步。”她说。 


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