Unbelievable——無需電池的自充電式紡織品

　　想像一下，用你的衣服為健身檢測記錄器充電，而無需USB充電線。可發(fā)電功能性織物的發(fā)明或許預示著新時代的來臨，我們將看見通過織物為電子設備提供電力。這些紡織品屬尖端科技，可以從各種不同的動力源獲取能量，包括穿著者的身體熱量(熱能)、太陽光直射(太陽能)、穿著者的運動(動能)，并將這些能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫碾娔堋?/p>

　　美國市場研究咨詢機構透明市場研究(Transparency Market Research)公司的一份報告顯示，可收集能量紡織品被認為是蓬勃發(fā)展的全球智能紡織品市場的一個子集。預計到2023年，其價值將從2014年的700萬美元發(fā)展到77.3億美元。

　　讓人體熱量為你工作

　　近年來，大量可通過各種各樣的方式發(fā)電的新技術被用于電子紡織品。熱電紡織品通過人體與環(huán)境之間的溫差產(chǎn)生電能。據(jù)《自然》雜志報道，一個科學家團隊應用聚(3，4-乙撐二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸鹽(簡稱PEDOT∶PSS)導電聚合物涂覆常規(guī)紡織品，并用細金屬絲連接PEDOT∶PSS涂覆的薄片，開發(fā)了可穿戴熱電發(fā)電機。由此生產(chǎn)的面料還是第一次出現(xiàn)，其具有彈性、透氣性，可用于制作透氣、舒適的服裝。在溫差為75.2 K的條件下，它可產(chǎn)生大約4.3 mV的電壓。

　　在北卡羅琳州立大學(NCSU)，一群來自美國國家科學基金會納米系統(tǒng)工程研究中心的研究者正在研究先進的自供電系統(tǒng)集成傳感器和技術，他們創(chuàng)造了迄今為止最為先進的迭代熱電紡織品。早期的收集人體熱量的紡織品僅可生產(chǎn)最大為1 μW/cm2電能，而該新技術可以產(chǎn)生高達20 μW/cm2的電能。通過穿著者體溫與周圍空氣的環(huán)境溫度差產(chǎn)生電能。

　　太陽能的利用

　　其他類型的能量收集服通過暴露在陽光下產(chǎn)生電能。例如《Advanced Materials》雜志介紹了一種固體光伏紡織品。電線狀光電陽極線(光伏電池的負電極)與反電極(輔助電極)被編織在一個織物層中，這2個電極通過低溫濕處理過程，被置于柔韌、輕質(zhì)、價廉的聚合物纖維上。這種新織物從外界的自然太陽輻射中獲得能量， 對2 mF的電容器進行充電，在60 s內(nèi)達到3 V，從而產(chǎn)生足夠的電量，為數(shù)字計算器供電。

　　一動織物就工作

　　一些織物從運動中收集能量。

　　喬治亞理工學院材料科學與工程教授Zhong Lin Wang從事摩擦起電發(fā)電機(TENG)研究許多年。當某些材料間發(fā)生摩擦產(chǎn)生電能即為摩擦起電，與鞋子和地毯接觸會產(chǎn)生靜電一樣。Wang的研究團隊將TENG(收集能量的部位)與超級電容式紗線(存儲所收集的能量的部位)結合，開發(fā)了自充電紡織品。最近，他們又開發(fā)了一款通過太陽與運動收集能量的新型服裝。Wang說，“這個織物應該能夠同時從周圍的陽光和人的生物力學運動中收集能量。當它們被穿戴時，可為便攜式電子設備供電，以驅(qū)動電子手表和為手機充電。”

　　織物發(fā)電的前景

　　雖然這些電子紡織品具有廣闊的應用前景，但目前仍處于早期研發(fā)階段。

　　醫(yī)療保健行業(yè)引領著電子紡織品與功能性紡織品之間的有機融合。將電子元件織入紡織品有助于研究者應用新方法監(jiān)控病人的身體、行動。

　　運動服和足球衣市場也通過智能紡織品來實現(xiàn)創(chuàng)新。全人類積極的生活方式，以及對新產(chǎn)品的強烈要求，促進了對智能紡織快速發(fā)展的期望。加拿大OM Signal與服裝品牌Polo Ralph Lauren合作生產(chǎn)了一件男士智能襯衫。科技巨頭Google公司的Project Jacquard項目與牛仔褲生產(chǎn)商Levi’s一起開發(fā)交互式牛仔褲。

　　隨著自充電紡織品逐漸從研究轉(zhuǎn)向商業(yè)化，研究人員、紡織品制造商、科技公司間的聯(lián)手合作一定能成功地將產(chǎn)品推向市場。自充電紡織品的應用潛力無窮。