随着信息化社会的快速发展，可穿戴电子设备在健康监测、环境感知等领域的应用价值日益凸显，但其续航能力受限于电池寿命（最新柔性锌空气电池仅能工作40-150小时），频繁充电成为用户使用痛点
。摩擦纳米发电机（TENG）虽能收集人体运动能量实现自供电，但传统纺织基TENG在环境适应性及全天候温度调控方面存在严重局限：静态温控材料仅支持单一制冷或制热功能，无法应对复杂环境变化
；光热材料则依赖不稳定的光照条件
。如何在同一设备中集成双向温控与高效能量收集，成为行业长期未解的难题
。

河南大学杨文胜教授、曹瑞瑞副教授，北京航空航天大学潘曹峰教授以及中国科学院北京纳米能源与系统研究所高文超研究员合作，首次开发出基于热管理织物的纳米摩擦发电多功能智能纺织品（PTMT-TENG），成功融合三大核心功能：1）能量收集：摩擦电层功率密度达8762 μW/m?，较传统TENG提升325.8%，可为电子表等设备供电
；2）自适应温控：夜间低温环境升温4.4℃，高温环境降温3.8℃，结合光热效应在寒冷白昼实现15.9℃的保暖提升
；3）自供电传感：精准识别人体动作信号，同时具备透气性、柔韧性与自清洁特性
。相关成果以“Multipurpose Smart Textile with Integration of Efficient Energy Harvesting, All-Season Switchable Thermal Management and Self-Powered Sensing”为题，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上
。

该纺织品采用三层结构设计（图1）：外层为双模式热管理层（DSTML），中层为摩擦发电层，内层为基底层
。DSTML通过同轴静电纺丝技术将相变材料n-十八烷（n-OD）封装于聚多巴胺（PDA）包裹的PVDF-HFP纤维中，形成核壳结构
。当环境温度波动时，n-OD通过固-液相变吸收/释放潜热（如低温凝固放热，高温熔化吸热），而PDA则利用共轭结构中的π电子弛豫效应，将太阳光高效转化为热能
。

图1. 多功能POA-PGC纺织品的制备流程、结构设计及工作原理示意图
。

扫描电镜与元素图谱（图2）证实了核壳结构的稳定性
。纤维直径随n-OD注入量的增加呈现先增后减的趋势，最佳注入量为0.9 mL/h（PO0.9样品）
。该材料相变焓高达89.2 J/g（图3a），远超近期报道的同类材料（图3b）
。在10℃环境中可升温4.0℃，40℃环境中降温3.4℃（图3c），红外热像图清晰显示其延迟变色特性（图3d）
。经100次冷热循环后，相变焓仅损失6.7%-8.6%（图3e-g），分解温度达135℃，满足可穿戴设备稳定性需求
。

图2. 多功能POA-PGC纺织品的结构与形貌
。

图3. PO系列样品的相变特性
。

PDA赋予材料86.4%的光热转换效率（图4f），在100 mW/cm?光照下90秒内升温31℃（图4c）
。双模式设计突破单一温控局限：寒冷白昼，PDA快速升温叠加n-OD蓄热，实现持续保暖
；夜晚或无光时，相变材料单独调控温度
。10次循环测试（图4g）验证了该机制的可靠性
。

图4. POA的双模式热管理特性
。

在PVDF-HFP基质中加入1.5%石墨烯（GN）与0.5%碳纳米管（CNT）后（图5a），摩擦电层开路电压提升至77 V，功率密度达8762 μW/m?（图5b）
。介电常数提高1.48倍（图5c），电活性β相含量从75.5%增至82.6%（图5e）
。经10000次挤压循环（图5g）及10个月自然存放后，性能保持率超93%，水洗后仍能稳定工作
。

图5. PGC-TENG的摩擦电输出性能
。

材料透气率（761 g/m?·h）接近棉织物（图6a），水蒸气可自由穿透（图6b）
。疏水性（接触角130.9°）赋予其“自清洁”能力，可排斥泥水与灰尘
。实际应用中（图6e），4.5 cm×4.5 cm的纺织品成功驱动电子表运行
；作为传感器（图6g），其可精准识别手指敲击次数与频率
。

图6. 基于POA-PGC的PTMT-TENG的多功能应用
。

在模拟环境中（图7a）：1）寒冷夜间：相变材料放热使织物表面温度较棉布高4.4℃（图7b,e）
；2）寒冷白昼：光热与相变协同实现15.9℃温升（图7c,g）
；3）高温环境：相变吸热产生3.8℃降温效果（图7d,i）
。同步运动能量收集实验（图7f,h,j）证明其在极端环境下仍可供电
。

图7. POA-PGC多功能纺织品的全季节个人热管理（PTM）与运动能量收集
。

该研究首次将高效能量收集、双向自适应温控与自供电传感集成于单一纺织品，突破可穿戴设备的能源与舒适性瓶颈
。所用原料均为廉价商用产品，具备规
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。这一突破为下一代智能纺织品的创新设计开辟了新路径，在医疗监护、运动装备及极端环境作业服等领域具有广阔的应用前景
。

来源：高分子科学前沿