能织成电子纺织物的纱线电池

文/陈岚

提及针织工业，业界通常不会联想到一件由纱线制成的毛衣和围巾可为手表和灯提供电力。但这正是目前美国一研发团队（ACS Nano）报告的研究项目和试验内容。

迄今为止，世界上的电子织物包括机织纺织品、针织品、无纺品、层压织品、编织品、刺绣品以及带有电子集成元件的印制纺织品。这些材料中包括导电纤维、导电纱线、导电涂层、导电刺绣图案和导电叠片。电子元器件可以是传感器（生理或环境下使用）、可穿戴式计算机技术、可穿戴执行器和控制元件、集成线路、LED、OLED。但是，这些智能纺织物是需要电能的，上述提及的纺织物均需附带电池。

这里提及的纱线电池是近期开发的一种防水且带柔性的可充电的电池纱线。它可裁剪，甚至搅碎后再拼接起来，仍然能产生有效的电能。很多人都熟悉智能手表，但由于可穿戴电子设备的进步，科学家开始创造一种可变形的、耐用的、多功能和可穿戴的新型材料，同时让它可发电并给设备提供电力。某些材料制成的纤维或纱线就具有这样的前景，因为它纤细、柔韧、质轻。之前的研究已成功地将一维光纤与柔性Zn-MnO2电池相融合，但其中许多都失去了储电空间且不可充电。因此，科学家及团队希望开发可充电纱线锌离子电池，这类纱线电池可储电，同时还具有防水和柔韧性。

这种纱线电池的材料是这样制造出来的：将碳纳米管纤维捻成纱线，然后用液体锌涂在纱线上以形成阳极，另一组涂上氧化镁以形成阴极，然后将两片扭曲成双螺旋并涂上聚丙烯酰胺电解质再包裹于硅树脂中，称其为纱线锌离子电池，这种纱线电池性能稳定，充电容量高，可防水充电。此外，这种材料可编织和可拉伸。它也可分成几部分，每块都能为手表提供电力。在试验演示中，八片切割纱线电池被编织成一相当于皮带的长片，它附带了100个发光二极管（称为LED）并由光面板的皮带供电，结果试验成功。

关于纱线电池的报道，这已不是第一次。早在2017年，美国得克萨斯大学达拉斯分校纳米科技研究所教授雷·鲍曼就研制出称为“Twistron”的纱线，它能发电，也能穿戴。“Twistron”本质上是一种不需要外加电源的电容器，它由很多根碳纳米管纺成，单根碳纳米管是直径为人发丝直径万分之一的中空圆柱体。为了提高纱线的弹性，研究人员不断提高纱线的捻度，从而使纱线呈类似弹簧的螺旋结构。研发人员就是基于过去的研究成功研发出纱线电池。

可以预言，无需电子元件，仅用纱线电池就可织造出智能纺织物的时代已经来临。