纤维状摩擦纳米发电机可用于生物力学监测

据报道，中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士等人通过将银纳米线/碳纳米管导电材料和封装的聚二甲基硅氧烷有序地沉积到可拉伸的氨纶纤维上，制备了直径为0.63 mm的高度柔性、可伸缩的同轴结构纤维状摩擦纳米发电机。作为一种自供电的多功能传感器，合成的复合纤维可以将机械刺激转换为电信号，而不会影响正常的人体活动。此外，F-TENG可以很容易地集成到纺织品中，作为触觉传感器，可以绘制实时的触觉轨迹和压力分布。

该研究中直径为0.63 mm的可拉伸F-TENG是通过三步涂覆方法制成的。首先将银纳米线（Ag NWs）沉积到可拉伸的氨纶纤维基材上。为了进一步提高电导率和稳定性，然后将碳纳米管（CNT）溶液浸涂在准备好的纤维上。CNT 覆盖了Ag NW的表面以及它们之间的孔隙。随后通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）将复合纤维包封以形成同轴结构。F-TENG 在拉伸后可保持完整无损，应变可高达140%，也可以打结并折叠成各种形状。

为了研究F-TENG的压力敏感性，研究人员研究了电输出和加载力之间的关系，得知电压和电流随着压力的增加而增加。基于F-TENG的出色灵活性和高感测功能，研究人员开发了一种自供电的人体运动检测器。例如，将F-TENG 缝在袜子的脚跟上，当测试仪行走或奔跑时，脚与地面之间的周期性接触间隔会产生周期性的电信号。根据这些电信号，可以了解人体的运动行为并记录步数。此外，作者制造了基于F-TENG的触觉传感器，它结合了F-TENG的传感性能和织物的柔性。当触觉传感器被触摸时，触觉传感器将产生输出电压信号。这些信号可以通过专门开发的数据分析和处理软件显示实时结果。当手指触摸触觉传感器时，计算机屏幕会实时显示电压信号，通过观察颜色的变化，还可以识别触摸位置。综上所述，基于F-TENG的触觉传感器有望成为自供电、透气、可靠和舒适电子皮肤的候选对象，在压力跟踪和多点触控设备中具有广阔的应用前景。