多功能纳米织物集成智能温控和自供电传感

随着物联网、大数据、人工智能等新兴产业和前沿学科的蓬勃发展。纺织品的用途不再局限于安全防护、保暖和美观。只有将传统功能与智能化、信息化相融合，才能满足时代的要求。

万艳芬云南大学材料与能源学院副教授

近日，记者从云南大学材料与能源学院获悉，该院科研人员研发出一种可水洗、透气、柔韧的可穿戴面料，集户外人体温度控制、密码信息传输、自供电传感等功能于一体。解决了传统可穿戴电子设备外部供电、功能单一、灵敏度低等问题，为多功能一体化可穿戴设备提供了新的解决方案。同时，该材料在智能家居控制、人机交互系统、纳米机器人等领域也有所展示。相关成果已发表在国际知名能源期刊《纳米能源》上。

“随着物联网、大数据、人工智能等新兴产业和先进学科的蓬勃发展。纺织品的用途不再局限于安全防护、保暖和美观。只有将传统功能与智能化、信息化融合，才能符合时代的要求。”云南大学材料与能源学院万艳芬副教授告诉科技日报记者，电子元器件与传统纺织品的结合，催生了智能纺织品或电子纺织品的出现，并赋予传统纺织品个人热管理、传感、交互、电控、自能等多种功能。将是新一代可穿戴电子设备的未来发展方向。

为了解决可穿戴织物的个人热管理和能量供应问题，万艳芬团队最近开发了聚丙烯腈仿生纳米织物(以下简称纳米织物)，它混合了炭黑纳米粒子或钛酸钡纳米粒子，具有温度控制的功能。

通过控制纳米材料的结构和光学特性，这种纳米织物具有户外人体热管理功能。3354在太阳光的照射下，穿上这种纳米面料可以使模拟皮肤的温度升高8.7，或者降低2.5。

“纳米织物主要是通过调节人体热辐射的透射率和对太阳光的吸收和反射来控制温度。”万艳芬说，在环境温度较低时，纳米织物能有效吸收太阳光(最高吸收率达90%以上)并转化为热能，降低其人体热辐射透过率(人体热辐射透过率小于50%)，从而减少热量损失，因此能使模拟皮肤温度提高8.7；当环境温度较高时，纳米面料可以有效反射阳光，防止皮肤温度升高。同时，纳米织物纤维之间的间隙为100-300纳米，人体热辐射能有效穿透散热，使人体模拟皮肤表面降温2.5。在上述过程中，纳米织物和模拟人体皮肤之间存在温差。

“同时，通过热电模块(一种将热能转化为电能的装置)，可以将纳米织物与模拟皮肤之间产生的温差转化为电能。这样就可以在管理人体热量的同时为其他电子设备供电。”万艳芬说。

此外，万艳芬的团队还创新性地将摩擦纳米发电机与智能织物材料相结合。人体穿上纳米织物后，摩擦纳米发电机通过人体的摩擦起电效应与运动过程中的静电感应相耦合的原理来发电。万艳芬说，“摩擦纳米发电机不仅可以发电，还可以利用自身输出的电信号作为传感信号进行自驱动传感。”