自供電奈米技術智慧服裝，邁向可穿戴式儲能

透過微小的機械運動（例如心跳，呼吸，腳步甚至是透過動脈的血液流動）來收集能量是一個誘人的前景（更多資訊："用於自供電系統的奈米技術"）。另一個令人振奮的發展是具有壓電特性的奈米級發生器，這些發生器可使它們將透過機械應力，織物的拉伸和扭曲產生的能量轉化為電能。

這種節能織物最終可能會導致可穿戴的"智慧"衣服透過普通的人體運動為整合電子裝置和感測器供電。

研究人員現已展示出一種新型的具有高發電效能和機械魯棒性的全柔性，非常魯棒且可穿戴的摩擦電動奈米發電機（WTNG）。

"我們採用了自下而上的奈米結構化方法，在這種方法中，我們使用了基於ZnO奈米棒陣列的鍍銀紡織品和聚二甲基矽氧烷（PDMS）奈米圖案作為摩擦生電材料，"高階材料科學與工程學院教授Sang-Woo Kim韓國成均館大學的學生說。

透過將PDMS直接塗覆在生長在塗銀織物基材上的垂直ZnO奈米棒上來實現奈米圖案化。

Kim解釋說："這種奈米圖案透過增加有效的接觸面積和摩擦力，從而提高了摩擦起電效果，從而實現了高電輸出功率，並透過自下而上的奈米結構在織物和奈米結構之間實現了非常高的機械強度。"

圖1：（a）WTNG的示意圖。（b）奈米圖案PDMS結構的製造過程。（c）襯底具有奈米圖案PDMS的FE-SEM影象。插圖是清晰顯示ZnO NR模板PDMS奈米圖案的高解析度影象。（d）柔性，可摺疊WTNG的攝影影象。

Kim 在 "基於奈米圖案的紡織品的可穿戴摩擦奈米發電機"報告了他們的發現，金與成均館大學和澳大利亞創新材料研究所的合作者一起成功地展示了LED，LCD和無鑰匙車輛進入系統僅具有其WTNG的輸出功率，而無需任何外部電源的幫助（請參見下面的圖2）。

當WTNG整合到衣服中時，它的摩擦電特性會在被按下時產生電荷，並有可能允許使用者透過移動或四處走動來為諸如智慧手錶之類的移動電子裝置供電。

圖2：使用WTNG將商業LCD，LED和嵌入在"自供電智慧套裝"中的遙控器（無鑰匙車輛進入系統）自供電。（a）LCD點亮，並使用WTNG產生的輸出功率顯示"成均館大學"徽標。（b）WTNG直接產生的功率輸出同時點亮了六個LED。（c）裝在口袋中的電源控制器開關。（d）將多層堆疊的WTNG插入夾克外套中。（e）在無鑰匙車輛進入系統中使用僅由WTNG充電的商用電容器（1200 µF）進行遙控的操作，而無需外部充電源的任何幫助。

在以前的工作中，Kim和他的團隊已經報告了完全透明，柔性和可拉伸的奈米發電機（"帶有完全透明且可捲曲的石墨烯奈米發電機的柔性奈米功率"），但它們作為可穿戴裝置的強度不足。

相比之下，研究人員在12000個週期內測試了四層堆疊的WTNG，發現他們測量的輸出電壓沒有顯著差異。

對於先前的裝置，問題在於紡織品與奈米結構之間的粘合性很弱，從而導致機械耐久性問題。在這項當前的工作中，研究人員透過使用ZnO奈米棒和PDMS奈米圖案塗層的自底向上的奈米結構克服了這些耐久性問題。

金總結說："摩擦發電是一種有前途的新能源收集方法，它具有極高的輸出電壓和效率，低成本，高通用性，結構設計和製造簡單，穩定性和堅固性以及環保優勢。" "最近，我們一直在尋找能夠產生巨大摩擦電動化效果的新材料，這是從未有過的報道。此外，有必要開發高效的電源管理系統，以將摩擦電動奈米發電機產生的電能有效地儲存到基於紡織的能量儲存中平臺，例如紡織電池或超級電容器。