东华大学研发具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料

随着可穿戴电子设备的蓬勃兴起，人们对随身能源的需求逐渐增大，基于织物的能源器件引起了人们极大的兴趣。然而，体表与环境复杂多变的湿热条件往往会影响电学织物的性能。此外，这些随身设备的透气、透湿及可水洗性也逐渐成为研究者关注的焦点。鉴于此，东华大学王宏志教授课题组以“全纤维”为设计原则，开发了一种具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料。相关研究成果以《具有湿热稳定性和舒适性的摩擦/铁电协同电子织物材料》(“All-fiber tribo-ferroelectric synergisticelectronics with high thermal-moisture stability and comfortability”，DOI:10.1038/s41467-019-13569-5)为题发表于国际知名学术期刊《自然 • 通讯》(Nature Communications)。

在本研究中，研究人员利用静电纺丝技术制备了铁电聚合物(P(VDF-TrFE))和聚酰胺6(PA6)两种纳米纤维作为功能材料，通过摩擦表面极化和铁电极化的相互作用，实现了摩擦/铁电协同电学增强。这种电子织物材料在低频外力作用下可产生5.2 W·m-2的峰值功率密度。

（a）和（b）电子织物材料的实物和结构示意图；（c）P(VDF-TrFE)纳米纤维铁电体的电滞回线；（d）摩擦/铁电协同模型示意图

研究人员利用亲水聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺6微纳米纤维和疏水棉织物构筑了额外的吸湿排汗层。全纤维的设计理念，保证了织物材料优良的透气和透湿性能，其较低的干态热阻和蒸发阻有利于维持舒适的体表微环境。

（a）电子织物材料的透气、透湿及吸湿排汗功能示意图；（b）和（c）亲水纤维的多级网络结构及直径分布

此外，研究人员还演示了电子织物在弯折、抖动时驱动液晶显示器、数字化发光点阵、电子手表，以及为锂电池充电、驱动蓝牙信号传输系统、实时捕捉足部姿态等应用。