仿生一体成形自供能柔性传感织物查看源代码讨论查看历史

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仿生一体成形自供能柔性传感织物研究了柔性针织结构自供能传感器件结构设计与电力学耦合机理，解决了可穿戴电子器件的能源供应有限与无感穿着性能差的难题，以人体机械运动作为能源来源，实现了自体产能利用，更新了微型化电子器件能源供应模式。对人体姿态监测，医疗健康管理，可视化传感，人机交互等有广泛应用，引领了柔性智能传感功能性材料研究方向。

技术原理/技术要点

（1）技术原理

柔性针织结构自供能传感技术可有效避免外接供电系统限制使用范围，通过仿生学概念改善针织技术与器件结构的融合性，提高智能可穿戴设备与服装兼容性。技术原理是：

1、利用摩擦起电与静电感应耦合效应，构建摩擦纳米发电机，将环境中分散、无序的机械能转化为电能，为轻质柔性可穿戴传感设备提供绿色，持续，低成本，可再生的能源供应。

2、摩擦纳米发电机以接触分离式，水平滑动式，独立层式，自由式四种工作模式进行器件结构设计，构建等效电容模型分析能量的收集与释放，提升实际应用的潜在可能性与市场化价值。

3、针织拓扑结构复杂多变，纬编线圈串套实现小应力大应变，满足人体皮肤及关节部位的拉伸，提高传感信号灵敏度；多类别针织设备构建二维平面结构及三维空间结构，制备流程短，成本低，可产业化；利用针织一体成形技术，实现日常无感穿着，可水洗，工作持久的嵌入式柔性可穿戴电子设备。

4、依托自然界优胜劣汰选择，对针织结构设计重建，形成三维仿生鳞片结构针织材料，实现多区域范围信号监测。

（2）技术要点：

1、提出了一体成形三维仿生鳞片针织结构用以收集人体机械能。

2、创新了柔性自供能传感器件及能源供应系统。

应用情况及效果

仿生鳞片柔性针织结构自供能传感织物，利用摩擦纳米发电技术，实现对人体机械能收集并对生理信号、运动特征等参数集成监测；利用针织一体成形技术，将传感器集成在针织材料基底上，实现无感、可穿且集防护为一体的多功能户外纺织材料。解决了供能难，硬质器件与柔性基材的兼容性差的问题。

因制备工艺简单，材料成本低，短流程高效率，产业化水平高等优势，市场化前景广阔，为柔性防护和智能呼救系统提供了解决方案，以挽救于危难中的户外运动者或户外工作人员，具有十分重要的社会价值，在实现日常可穿的自供能传感器件等领域发挥重要作用。该技术拓展了针织技术的适用范围，突出针织优势，通过线圈串套关系，形成多结构网络特征的柔性传感器件，以适应人体的运动特征。

仿生鳞片结构物理力学性能优于传统的二维平面结构，可实现3-4级防割性能，层叠结构赋予优异防泼水性能且形成有效水汽运输通道，提升户外服内微环境的热湿舒适性，增加穿着者工作时长。

经过前期研究与器件性能测试，预计2022年可与某知名户外运动产品公司达成合作，以市场为导向，客户需求为目标，完成科技成果转化，形成可投入市场的仿生鳞片柔性针织可穿戴自供能传感系统，实现生理信号传感，运动姿态监测。