贴在手机上，手指在屏幕上滑动就能给手机充电，穿在身上，衣服动一下或者皱一下，就能够发电，老人拥有它，在遇到紧急情况还能自己发出求救信息……说了这么多，大多数人的反应估计是：怎么可能，小编净瞎说！但小编想说的是，在电子科技大学这就是可能！
近日，电子科技大学电子科学与工程学院张晓升教授课题组做出了让人惊喜的成果：以编织物为器件基底材料，竟然可以把“衣服”做成“纳米发电机”，穿在身上动一下、皱一下都能发电，而且这种“衣服”穿起来很舒适。
众所周知，人体是一个巨大的能量宝库，吃饭、走路、伸懒腰、刷手机都会产生机械能和热能，如果把这些能量收集起来，那将会产生很多积极的作用。张晓升教授说：“如今，我们把纳米能量采集器件做成衣服，这个梦想终于成了现实，而且发展潜力十分可观！”
“可穿戴设备”是一个诱人的新兴研究领域,但是目前常用的所谓柔性纳米基底材料存在一个致命的缺点：依然比较硬，与实际用户体验需求存在很大差距，能量采集的效果与器件穿戴的舒适性之间存在着很大的矛盾，很难兼顾。
而蚕丝以其质轻而细长、柔软而滑爽，穿在身上舒适透气，而且纯天然、可降解、对人体无害的特性，显然是绝佳的选择。材料学家把蚕丝蛋白溶液涂抹到材料上，干了以后取下来，便可得到一张张薄膜，然后根据需求可以任意裁切成各种形状。这种薄膜完全透明，十分轻巧且富有韧性。以此为基底制作纳米发电机，根本不怕折，甚至可以揉搓。
据介绍，如果做成单面的纳米发电薄膜贴到手机屏幕上，手指滑动屏幕时就可以发电。更神奇的是，“即便把手机放在口袋里，屏幕和衣服之间的摩擦也能产生很可观的电量”。
当然，张晓升教授团队并不会满足于此。蚕丝蛋白既然可以做成薄膜，当然也可以切成丝线。他们干脆把蚕丝蛋白制成纳米线，然后与一种压电纤维——聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维一起织成了“布”，构成了可穿戴摩擦-压电复合纳米发电机，做成了可以发电的“衣服”。 这是国际穿戴式纳米发电机研究的又一里程碑。
张晓升教授团队通过对器件工作机理的深入理论分析，优化了摩擦电和压电的相互关系，研制了“摩擦-压电复合纳米发电机”，得到相互增强的输出性能。该发电机具有两种工作模式——分离模式和集成模式。实验表明，在分离模式中，其最高的输出电压、电流和功率分别达到500V、12μA和0.31mW/cm²；在集成模式时，它可以穿在身上，对人体不同的动作输出不同的电信号，达到人体动作识别的目的。
经过深入研究，张晓升教授团队可以根据电流的变化，检测引起摩擦或压力变化的各种物理量，包括加速度、温度、湿度等等。为了更加通俗地向别人介绍这种发电机的妙处，他们制作了一个能够识别人体动作的装置。
“人的不同动作、不同强度的运动，可以产生不同的电信号。比如说，不小心摔倒时，电压、电流等输出就会猛然增大。我们根据这个变化，就可以判断有人摔倒了。”张晓升教授说，许多老年人在摔倒后很难有效求救，但如果穿上这种“衣服”，子女可以通过APP及时收到“求救”信号。
看完张晓升教授团队的研究成果，相信很多人都觉得不可思议，但张晓升教授却说自己的研究目前只是是“抛砖引玉”，他说：“目前团队正在基础理论研究方面下大功夫，同时兼顾应用研究。只要把原理搞清楚，就会为未来的产业应用研究铺平道路，也希望更多学者能够加入。”
延伸阅读：
1、目前，他们与东华大学张青红教授课题组、瑞士洛桑联邦理工学院Juergen Brugger教授课题组合作提出了一种织物基可穿戴摩擦-压电复合纳米发电机（TPNG），不仅具有优良的输出性能，还能够对人体动作实现主动式检测。相关研究成果以“All-fiber hybrid piezoelectric-enhanced triboelectric nanogenerator for wearable gesture monitoring”为题，已发表于纳米科学技术领域重要期刊Nano Energy (影响因子12.343)上，张晓升教授为论文共同通讯作者。
2、张晓升教授，2014年于北京大学取得博士学位，2007年和2010年于电子科技大学分别取得学士学位和硕士学位。曾任职于瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL，QS 2017全球综合排名第14位)任研究科学家(Research Scientist)，并曾任日本东京大学(The University of Tokyo，QS 2017全球综合排名第34位)助理研究员(外国人恊力研究員)。2017 年 11 月受聘于电子科技大学“百人计划”特聘教授岗位。入选IEEE旗舰期刊IEEE Transactions on Nanotechnology [IF=2.485] 编委会任Associate Editor，任IEEE NEMS 2017&2018技术委员会委员及分会主席。累计获得中国电子学会优秀博士学位论文、北京大学优秀博士学位论文、日内瓦发明展金奖等学术荣誉和奖励20余项。受邀担任Nat. Commun., ACS Nano, Adv. Energy Mater., Nano Energy等20多个国际重要学术期刊的审稿人。
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部分素材来自电子科技大学官微
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