纤维基/织物基纳米发电机

废弃资源回收利用与能源的可持续利用是当前乃至未来社会经济发展的热点问题。人体运动机械能作为广泛存在于我们生活中的宝贵能源，由于缺乏有效的能源转化和采集设备，使之难以得到有效利用。

近年来，王中林团队通过纳米发电机（主要包括压电纳米发电机和摩擦纳米发电机）成功的将机械能高效直接地转化为电能，为可穿戴设备供电和自驱动传感器件的发展提供了新的途径。而如何实现纳米发电机与人体运动行为的高效协调一致，不会对人体日常或正常运动行为产生额外负担，逐渐成为研究者的焦点。实现纳米发电机与纺织材料的结合是解决上述问题的重要方法之一。由此。所设计的纤维基或织物基纳米发电机正逐渐成为可穿戴能源采集和自驱动传感织物的主流。

最近，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队对纤维基/织物基纳米发电机作了详细的论述。该综述对智能纺织材料进行了详细的探讨，包括目前纺织品的分类、导电纺织品的选用材料和制备方法等方面进行论述。从结构维度和制备工艺两个方面对现代纺织品进行分类。从结构维度方面，可以分为零维纤维、一维纱线、二维织物和三维织物。从制备工艺方面，又可以分为机织、针织、编织和非织等方法。对于导电纺织材料，从常用的导电材料和常采用的导电材料施加方法等方面进行介绍。常用的导电材料包括金属及其衍生物、导电聚合物、碳质填料、液态电极和混合填料等。常见的导电介质施加方法包括涂层、纺丝、电镀和打印等。

该综述对纤维基或织物基压电纳米发电机和摩擦纳米发电机进行了详细地归纳介绍和分析，并对两者发电机理、工作模式和电信号特征进行了分析和探讨。

该综述对于压电纳米发电机的展开主要分为三个部分，分别为基于单根纤维的压电纳米发电机、基于纤维织造结构织物基压电纳米发电机和基于多层堆叠结构的织物基压电纳米发电机。对于摩擦纳米发电机的展开则分为四个部分，分别为基于单根纤维的摩擦纳米发电机、基于纤维织造结构的织物基摩擦纳米发电机、基于织物堆叠结构的织物基摩擦纳米发电机和其他与纺织相关的纺织基摩擦纳米发电机。

在这四个部分中，根据工作模式，单根纤维摩擦纳米发电机又可进一步被分为单电极模式和具有对电极的接触分离模式。根据施加载荷运动方向，基于纤维织造结构的织物基摩擦纳米发电机也可以分为垂直上下运动模式和水平运动的独立层模式。其他纺织相关的纺织基纳米发电机则主要包括静电纺纳米纤维网状结构和纺织材料融入的膜状结构。将目前已经报道的纺织基纳米发电机与这些分类类别进行对应。

在结论和展望部分，该综述对纺织基纳米发电机在可穿戴电子和人工智能两个领域的应用进行了论述。对于可穿戴电子，基于纳米发电机的智能纺织品可以实时采集人体运动机械能，将其转换为可持续的电能，作为人体日常可穿戴电子设备迫切需要的电能，维持这些电子器件的基本工作。也可以直接将产生的电信号作为各种传感设备的信号来源，用于监测或感测各种作用于人体的信号。对于人工智能，纺织基纳米发电机将为人工智能的发展提供可行的实施方案和多样化的沟通渠道。原则上，纺织基纳米发电机可以应用于人工智能的各个方面，诸如健康、服装、教育、军事、金融、通信、体育、运输等等。

这一综述成果发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者为北京纳米能源与系统研究所董凯副研究员和彭晓博士。