DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105549

随着可穿戴电子设备的飞速发展，为其提供可持续电力供应的摩擦纳米发电机（TENGs）能量采集装置已成为人们研究的热点。但是，可穿戴式TENGs的制备仍然面临着巨大的挑战，例如柔性、透气性和耐洗性。本文报道了利用简便、低成本、可扩展的静电纺丝技术开发新型编织结构摩擦电纳米发电机（WS-TENG）的具体方法。WS-TENG分别由包裹电纺聚酰胺66纳米纤维和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物纳米纤维的商业不锈钢丝制成。在独立模式工作原则下，由多种摩擦材料触发，WS-TENG的开路电压、短路电流和最大瞬时功率密度分别达到166V、8.5µA和93 mW/m2。所制备的WS-TENG具有较高的柔性、理想的透气性、良好的耐洗性以及出色的耐用性，可点亮58个串联的发光二极管（LED），为商用电容器充电并驱动便携式电子产品。缝有WS-TENGs的智能手套可用于检测不同情况下的手指运动。这项工作提出了一种制备自供电纺织品的新方法，该类产品在生物力学能量收集、可穿戴电子设备和人体运动监测方面具有广阔的应用前景。

图1.（a-f）ESTENG的制备过程。（g）ESTENG的摄影图像。（h）SSL的SEM图像。电纺P（VDF-TrFE）/SSL表面的（i）低倍和（j）高倍放大SEM图像；（i）的插图是横截面图像。电纺PA66/SSL表面在（k）低和（l）高放大倍率下的SEM图像；（k）的插图是横截面图像。

图2.（a-b）与橡胶膜接触的WS-TENG的示意图和（c-f）发电机理。（g-k）WS-TENG与不同独立层材料接触的摄影图像。（l）所制备的WS-TENG、传统SS-TENG和不同织物的透气性和（m）透湿性。（1）的插图是每种类型设备/织物的数码照片，尺寸为5cm×5cm。

图3.（a）不同摩擦材料制备的WS-TENG的开路电压和（b）短路电流。（c）不同尺寸WS-TENG的开路电压和（d）短路电流。（e）WS-TENG在不同冲击力下的开路电压和（f）短路电流。（g）WS-TENG在不同频率下的开路电压和（h）短路电流。（i）WS-TENG的输出电压和电流与负载电阻的关系。（j）WS-TENG的瞬时功率密度与负载电阻的关系。（k）在20,000个连续工作循环下对WS-TENG进行耐久性测试。（l）WS-TENG在清洗不同次数之前和之后的电气性能。

图4.固定在人体不同位置的WS-TENG的图像和开路电压。（a-b）在手掌中，（c-d）在肘关节处，（e-f）在外侧肘部，（g-h）在手臂下方，（i-j）在膝盖关节处，（k-1）在脚下。

图5.WS-TENG的实际应用：从手的拍打中获取机械能，用于（a）直接点亮约58个LEDs，（b）驱动电子表，以及（c）用于手指运动感应的智能手套。（d）自供电系统的等效电路。（e）在人手掌拍打的情况下，WS-TENG为2、4.7、22、100µF电容器充电的充电曲线。当（f）弯曲拇指并（g）按下食指时，智能手套记录的电压信号。（f）和（g）的插图显示了相应的数码照片。