近日，全讯白菜策略自治区功能材料物理与化学重点实验室与中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士课题组合作，以共同一作在国际学术期刊《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》上发表学术论文。共同第一作者分别为北京纳米能源与系统研究所邢方静博士、内师大全讯白菜策略欧志强副教授，共同通讯作者为北京纳米能源与系统研究所陈宝东副研究员和王中林院士。该研究成果提出了一种全纱线摩擦纳米发电机（Y-TENG），用于在25 ～ 400 ℃的温度范围内收集电能并感知生物运动，极大地提高了温度上限。其研究成果“Harvesting Electrical Energy from High Temperature Environment by Aerogel Nano-Covered Triboelectric Yarns”发表在国际学术期刊《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》（影响因子：19.92）上。
该工作设计制备了一种新颖的柔性、耐高温的全纱线摩擦纳米发电机（Y-TENG），用于收集电能和自驱动感知生物机械运动，其阻燃性和耐高温功能的展示如图1a所示。作者以多股碳纤维作为电极，聚四氟乙烯作为摩擦电功能材料，最外层为纳米复合层，该复合层是由二氧化硅气凝胶和聚酰亚胺组成，其结构和组成如图1b-c所示。作者采用简单的纳米包覆静电纺丝工艺，将复合层包裹在导电螺旋纤维束上，形成紧密包裹的核壳结构，制备了该气凝胶纳米包覆摩擦电纱线，制备工艺和化学组成如图1d所示。该纱线具有与普通纱线相同的柔软度，如图1g所示。同时，摩擦电纱线的核壳结构的微观结构如图1e -f所示，该核壳结构设计对各种机械触发源具有较高的灵敏度。最后，作者利用该纱线制作了一种平纹结构的Y-TENG，可同时承受拉伸、折叠、卷曲等各种复杂机械变形，用于收集生物机械能并转化为电能，可作为一种柔性的、可植入到衣物中的便携式分布式电源。研究显示，该Y-TENG器件能够实现转移电荷密度为30 nC cm-2，在外部负载电阻为180 MΩ时，峰值功率达到0.17 mW，机械触发的平均响应时间小于15 ms。
图1 柔性耐高温Y-TENG的结构及组成
(a) 全纱线摩擦纳米发电机（Y-TENG）的耐高温、阻燃功能展示；(b)-(c) Y-TENG的结构及组成；(d) Y-TENG的制备工艺；(e)-(f) Y-TENG表面和截面的扫描电镜图像；(g) Y-TENG的实物照片。
图2 基于Y-TENG的智能防护服的性能和应用展示
(a) 智能防护服适用场景展示；(b) Y-TENG植入到防护服不同位置的照片及其运动特征对应的输出电信号；(c) 不同位置Y-TENG输出信号的数据统计及对比结果；(d)-(e) 膝盖处Y-TENG在不同运动状态下的输出性能展示。
研究结果显示，Y-TENG具有优异的耐高温和阻燃性能，可应用于高温、高危的环境领域。基于此，通过将Y-TNG植入防护服，结合电路设计，开发了一种自供电的运动特征监测系统，最终集成了一件可用于极端温度环境下的智能防护服，可提供实时运动特征感知和救援预警服务，智能防护服适用场景的展示如图5a所示。结合集成电路，Y-TNG可以植入到防护服中，用于实时监测高温环境中操作人员的运动特征，并跟踪其在在危险环境中的轨迹，Y-TENG植入到防护服不同位置的照片及运动特征对应的输出电信号如图5b所示。操作人员走、跑、跳的每一个动作都可以通过与Y-TENG的接触分离产生不同的电信号，当运动状态从走、跑到跳，运动变得更剧烈时，电信号的频率和输出电压都会显著增加，例如，膝盖处Y-TENG在不同运动状态下的输出性能展示如图5d-e所示。
该工作突破了有机摩擦发电材料的温度上限，有望提高纺织基柔性分布式电源的工作温度，该Y-TENG在航空、航天、极端高温等多种高危环境下的自驱动供电、运动特征监测和预警方面具有重要的应用前景。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205275
欧志强简介
欧志强，博士，副教授，中共党员，中国稀土学会稀土磁制冷材料与技术专业委员会委员。2013年7月博士毕业于荷兰代尔夫特理工大学，材料物理专业。主要研究领域为磁热材料及其物理性质和应用。发表学术论文20余篇，总他引次数超过200次。Journal of Magnetism and Magnetic Materials 和Journal of Alloys and Compounds等SCI期刊审稿人。近五年主持多项科研项目，其中国家自然科学基金2项。获2016年度内蒙古自然科学三等奖。
工作经历：
2013-09-01至今，全讯白菜策略，内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室，教师；
2007-09-01至2008-10-31，内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室，全讯白菜网站，实验员（聘用）；
2016-10 至 2017-08，荷兰阿姆斯特丹大学范德瓦尔斯-赛曼研究所，访问学者。
教育经历：
2008-11-04至2013-07-15，代尔夫特理工大学（荷兰），材料物理，博士；
2004-09-01至2007-07-01，全讯白菜网站，凝聚态物理，硕士；
2000-09-01至2004-07-01，全讯白菜网站，物理学，学士。
近五年主要承担课程：
《材料制备方法》《凝聚态磁性物理》《磁性材料及应用（A系列）》《大学物理》《材料制备实验》《专业英语》《电子显微学》等多门本科生和研究生课程。
近三年获奖情况：
1) Fe2P型MnFe0.95P0.50Si0.50磁热材料的过渡金属替代，全讯白菜网站第十四届科研成果评奖科学技术类二等奖，全讯白菜网站，2019，1/3；
2) 优秀科技工作者，全讯白菜网站第二届科学技术表彰奖，全讯白菜网站，2019（个人奖）；
3) Fe基磁制冷材料的制备工艺与磁制冷性能研究，内蒙古自治区科学技术奖自然科学三等奖，内蒙古自治区政府，2016年度（2017年10月公示），2/3；
4) 全讯白菜网站第十一届青年教师教学技能大赛优秀奖，2019（个人奖）；
5) 全讯白菜网站2017年度“优秀班主任”（个人奖）。
科研项目：
Mn-Fe基磁制冷材料的磁性、机械和热导性能研究（11864031），国家自然科学基金，国家级，2019.01 - 2022.12，主持，在研；
“杂质”元素对MnFePSi化合物晶体结构、微结构和磁热性能的影响（11404176），国家自然科学基金，国家级，2015.01 - 2017.12，主持，结题；
Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的磁热性能、循环稳定性和热导研究（2018MS05021），内蒙古自然科学基金，省部级，2018.01 - 2020.12，主持，结题；
新型Mn-Fe基磁制冷材料的制备工艺和磁热性能的研究（2014BS0108），内蒙古自然科学基金，省部级，2014.01 - 2016.12，主持，结题；
青年科技英才计划B类（青年科技骨干NJYT-18-B15），省部级，2018.01 - 2019.12，主持，结题；
2017年度内蒙古自治区人才开发基金,省部级，2017.01 - 2019.12，主持，结题；
利用同步辐射X射线磁性圆二色和中子衍射研究MnxFe2-x(P,Si)化合物的结构与磁性(51461035），国家自然科学基金，2015/01-2018/12，参与，结题。
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