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【原创】电子智能纺织品的发展现状及应用展望(五)——电致发热类 & 能量收集类智能纺织品

发表时间:2021/8/31

电致发热类智能纺织品

柔性纺织品加热系统是加热技术的重要应用方向之一,由于其具有较好的弯曲和拉伸等性能,因此在穿着者做不规则活动时仍可以提供加热功能。目前商业化应用的纺织加热系统主要有金属丝及金属涂层纤维加热系统、添加导电填料的纤维加热系统、导电聚合物纤维加热系统和碳纤维加热系统。其中,导电聚合物纤维加热系统具有柔软性和回弹性好、重量轻等优点,与金属纱线或碳纤维加热系统不同,即使切割或撕裂,基于聚合物的加热系统也能继续工作,不会出现正常使用时短路的情况。下图所示为ThermoSoft公司开发的FiberThermics®导电聚合加热系统。


ThermoSoft公司开发的FiberThermics®导电聚合加热系统


目前,发热服装在市场上的应用较为广泛。如,Ardica发热夹克使用锂离子电池为导电纤维供电加热,能保持穿戴者温暖 3 ~ 8 h(视加热温度高低);warmX发热内衣采用银纤维加热系统,锂离子充电电池可供使用2.5 ~ 5.5 h(视加热温度高低),充电时间约需3 h;此外,美国Columbia(哥伦比亚)的发热外衣、Venture的发热外套及加热肩部治疗垫、Yosoo可调式膝盖加热垫等产品也采用不同种类的导电纤维发热。这些产品的共同特点是都装配有加热垫、自动30 min安全计时器和个性化温度控制器。


Ardica发热夹克


warmX发热内衣


Venture发热外套及加热肩部治疗垫


哥伦比亚发热外衣


Yosoo可调式膝盖加热垫


能量收集类智能纺织品

智能纺织品的能量收集主要有光伏能量收集、压电能量收集和摩擦能量收集等 3 种方式。其中,光伏能量收集是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,主要由太阳能电池板、控制器和逆变器 3 部分组成。其原理是太阳在照射光伏能量收集装置时发生光电效应,由于入射光的光子能量大于电子的束缚能,所以产生自由电子,从而把太阳光转换为电压和电流。目前商业化的柔性太阳能电池光伏能量收集产品包括Eclipse Solar Gear的太阳能背包、Tommy Hilfiger的太阳能外套等。


Eclipse Solar Gear的太阳能背包


Tommy Hilfiger的太阳能外套


压电能量收集通过压电材料将结构振动转换为电输出进而进行收集,引起压电材料不平衡变形的可以是弯曲、压缩、拉应力和应变等。可用于能量收集纺织品的压电材料包括压电陶瓷、压电聚合物(如聚偏氟乙烯)、碳纳米管等。Piezo Films Kureha开创了第一个压电薄膜的商业化应用,其开发的KF Piezo利用一种独特的结晶聚偏氟乙烯(KF聚合物),具有卓越的压电性能。此外,宾夕法尼亚州卡内基梅隆大学发明了压电能量收集鞋垫Solepower,该可拆开鞋垫内部有一个压电能量收集系统,允许电力储存在鞋外的电池组中,鞋垫步行 1 h的电量可提供手机充电2.5 h。


Piezo Films Kureha的压电薄膜


压电能量收集鞋垫Solepower


摩擦能量收集通过摩擦的方式使得物体带电荷进而进行收集。韩国Sungkyunkwan大学的研究人员已经展示了一种具有高发电性能的柔性摩擦纳米发电机(WTNG)。其将聚二甲基硅氧烷(PDMS)建基于氧化锌(ZnO)纳米棒和银涂层的织物上,在互相摩擦时产生摩擦能量。目前,智能纺织品的摩擦能量收集还处于研发阶段。


Sungkyunkwan大学研发的摩擦发电机


(来源:纺织导报)