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重庆大学产业技术研究院在孵项目:智能能源织物

来源:九龙报 2018-06-30 12:08

摘要:重庆大学团队自主研发了一种智能能源织物,外观与普通面料一样,却可以利用太阳光能等为电子设备供电,目前在重庆大学产业技术研究院孵化,未来有良好的市场前景。

九龙报讯(记者 涂馨 摄影报道)随着智能可穿戴设备的蓬勃发展,人们对轻便价廉的便携式柔性可持续电源的需求日益凸显。人们一直梦想实现一种可以织入衣物的能源技术,其可以收集光、风、人体运动等各种环境能量,并转化为电能来给随身穿戴的电子设备提供持续电能。

重庆大学化学化工学院范兴教授团队研发的智能织物,未来将实现让人们把发电机“穿”在身上。该项目现已成功入驻重庆大学产业技术研究院进行孵化,目前正计划在该研究院搭建中试生产线,进一步深化实验。

将光能转化为电能 晒晒太阳就可以充电

该团队利用微纳材料组装新技术,将传统的太阳能电池板以及储能电池块等不便穿戴的电源模块,变成了柔软的功能纤维。这些功能纤维可以像普通丝线一样编织、刺绣,形成与普通布料、丝绸等外观相同的能源织物。不同的是,纤维表面的半导体材料可以利用太阳光的能量发电并存储起来。

智能能源织物

智能能源织物

 

该项目日前亮相高交会,记者在重庆大学展区现场看到,一块由智能纤维制成的刺绣织物,在模拟阳光照射条件下,可以直接驱动电子设备正常使用,或者把电能存储起来为手机等充电。

“这块织物的特殊之处在于,纤维表面上镀有金属层以及不同的半导体涂层,不仅可以像传统太阳能电池一样将光能转化成电能,还可以将人体运动中的机械摩擦转化为电能,并进一步像电池一样将电能存储起来,从而实现了一套无论有光无光均能续航供电的可穿戴智能自供电系统。”该项目团队成员周黄介绍,智能织物是把太阳能电池、纤维摩擦纳米发电机,连接在一种成本低、重量轻的新型高分子纤维材料上组成的。采集周遭环境中的太阳能,并存储在织物中,就可以给电子表、手机、智能手环等电子设备充电。他告诉记者,通过织造过程中的定制设计,一块长宽为20cm*20cm的织物在光照作用下,可以分别提供1.5V、3.0V以及4.5V等不同的电压,从而驱动电子设备持续工作。

记者在现场看到利用该智能织物制成的帽子、手帕、手链和衣服成品等,其外观与普通的纱巾、衣帽等织物完全相同。据悉,该智能自供电集成能源织物是由重庆大学团队自主研发,相关专利成果是智能微纳制造加工技术与传统纺织工业的交叉融合。相关论文在Nature Energy、Advanced Materials、ACS Nano等国际顶级学术期刊发表后,不仅被《自然》杂志等选为研究亮点专文评述,还被彭博社、华盛顿日报、科技日报、参考消息等国内外媒体广泛报道,并受邀在2017巴黎Texworld国际服装面料展等国际顶级行业展会上演示,受到来自美国、法国、德国等十多个国家和众多服装厂商关注。

据了解,该技术突破了电极界面微纳应力控制的技术难关,成功地将不同的纤维器件共同编织,并结合编织捻线等工艺,针对电极组装、器件封装以及电气连接等不同技术环节开发出系列集成技术,从而形成了一种单层、轻质、透气、廉价的新型全固态智能可穿戴织物。该织物不仅可以采集太阳光能,还可以同时将人体运动导致的织物内部纤维机械摩擦转化成电能,从而驱动随身电子设备不间断地工作。

广阔的应用前景

利用类似工业梭织以及刺绣的工艺过程,范兴所在的团队可以将该织物织成不到0.2毫米厚的柔性面料。织物面积还可以进一步放大,织成更大更宽的布。据介绍,这一技术将来可以让衣物、窗帘、帐篷等我们身边的日常织物都变成电源。通过收集太阳光、人体运动、风吹等无穷无尽的环境能量发电,我们的手机、无线遥控器、传感器等随身电子设备将不再需要频繁充电。

重庆大学该团队相关负责人谈到,智能可穿戴是当前国际前沿热点,一体化便携式及分布式电子设备将彻底改变人们的生活及工作方式。“互联网+”时代的大数据、大健康、物联网、智能工控等无一不是建立在便携式电子终端的基础上。而电子终端的供电问题正是目前产业发展的主要技术瓶颈。

“随着产业不断发展,人们逐渐认识到追求单一电气性能并不能满足实际应用需求。困扰可穿戴技术发展的主要瓶颈之一,就是随着电子终端的供电能力难以满足越来越丰富的功能集成。”其介绍,传统电池组及适配器等多为板状或块状结构,严重影响设备穿戴的机动性、舒适性和美观等。在面向多功能系统化集成时,要突破电源长时间续航能力与重量、体积、柔性等之间的矛盾,必须开拓新的思路。新型织物一方面可望摆脱电源模块对电子终端的技术限制,催生“互联网+”下的新兴产业;另一方面,也将大大拓展传统纺织工业中对功能织物的定义,带动全产业技术升级。

事实上,可穿戴电子设备的产业前景相当可观。一旦在电源供电问题上得到突破,将极大推动相关产业的飞速发展和快速增长。在短期内,市场主要集中于户外运动、医护健康、舞台等特殊应用场合。从长期上看,作为支撑物联网、大数据等的重要硬件终端,这是一项有望从根本上推动电子、服装等产业升级,甚至衍生新产业方向的技术,最终将在未来电子时代的各个方面得以渗透,引领市场和用户习惯。

 

责任编辑:向姝姝

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