随着可穿戴电子设备在医疗保健、人机交互等领域的广泛应用，皮肤贴附式电子设备对自供能和热管理的要求日益提高。然而，传统设备依赖外部电源且散热不佳。摩擦电纳米发电机（TENG）因高效能量转换和自供能特性成为研究热点，但其结构设计仍面临挑战，尤其是在实现高能量输出的同时保持舒适性和灵活性。东华大学黄云鹏教授团队在《Advanced Fiber Materials》期刊上发表了一篇题为“Robust Triboelectric E-Textile with Semi-bonded Bilayers for On-Skin Thermal Regulation and Self-Powered Motion Monitoring”的研究论文，介绍了一种集热调节与自供能运动监测于一体的双层电子织物（TR-TENG e-textile），该织物通过半粘合组装方法实现高效太阳能反射、红外发射及稳定摩擦电性能，为下一代智能织物提供了创新解决方案。

为实现舒适且自供电的人体运动监测，团队开发了高度坚固的热调节摩擦电纺织物（TR-TENG 电子织物）。制备过程包括静电纺丝制备非织造 SEBS 织物，并将具有高反射率和电负性的 PVDF-TrFE 纳米颗粒固定在其中。同时，通过静电纺丝制备嵌入了高发射性和正电性二氧化硅（SiO₂）纳米颗粒的 PVA 纳米纤维。详细制备流程见图1a。

为将这两层材料无缝组装，团队采用热压针刺法，使用定制针在 95°C、0.3kPa 条件下，对两层材料热压针刺 5 分钟 ，从而在两层之间形成半粘合界面。这种界面不仅促进了静电平衡，而且确保了双层结构具有足够的完整性（图1b）。此外，将柔性液态金属（LM）电路夹在双层之间，LM 电路可实现快速电荷转移，并且还具备额外的焦耳加热功能，在 3.6V 电压下可使温度升高 16.6°C（图2b） 。制备的两层材料构建的摩擦纳米发电机，展现出卓越的摩擦电输出性能。经测试，在 30N 压力下，能够产生 20.3V 电压和 15.3nA 电流（图3b、c）。

图 3 a PVDF-TrFE@SEBS 和 SiO₂/PVA 纺织电极的摩擦电测试机制。b、c 在不同接触力（0.3、0.5、1.0、10、20 和 30 N）下的摩擦电输出电压和电流。d 在不同接触频率（0.5、1 和 2 Hz）下的摩擦电输出电压和电流。e 摩擦电输出在 3000 个周期下的长期稳定性。f 显示纺织 TENG 连接到桥式整流器以对不同电容器充电的等效电路图。g 不同电容器（470、1000 和 3300 nF）的充电性能。h 对秒表进行充电和放电的实时曲线。

 

 

这种新型 TR-TENG 电子织物通过热压针刺法无缝集成，在 PVDF-TrFE@SEBS 和 SiO₂/PVA 纺织品之间形成半粘合界面，既实现了稳定的能量转换效率，又在中红外 - 远红外波段（MIR-FIR）达到了 96.2% 的高发射率，在紫外 - 可见 - 近红外波段（UV-VIS-NIR）达到了 83.1% 的高反射率（图4b）。

当 TR-TENG 电子织物用作可附着于皮肤的自供电传感设备时，被动冷却性能出色。在实际测试中，在阳光下温度可降低 18.4°C，在阴天可降低 12.6°C，能有效缓解人体长时间佩戴电子设备的闷热感（图4d-f）。同时，其能为人体活动监测提供稳定的自供电运动检测，可高保真地识别高频运动以及细微动作，如吞咽、跑步、呼吸等（图5a-h）。

​图 5 a、b TR-TENG 电子织物用于自供能运动监测的应用和工作原理示意图。电子织物检测到的人体活动信号包括 c 吞咽、d 点头、e 膝盖弯曲、f 眨眼、g 呼吸和 h 跑步。

文章来源：https://doi.org/10.1007/s42765-025-00546-5