【文章概述】

服装作为人类的第二层皮肤，被广泛用于保暖和传递某些信息。在过去的三十年里，服装被赋予了多样性，通过附加或内置技术实现电子功能，使人类能够感知周围环境相对于薄膜型柔性器件。服装电子产品的功能性意味着不可避免的能源消耗。当自供电概念被提出后，服装的更广阔的应用前景被显示出来。一般来说，人类的日常行为提供了大量的机械能资源，但是这些资源通常是被浪费的。一旦可以通过服装获得无限的机械能，就可以解决服装电子持续动力的挑战，有利于服装电子未来的发展。

【成果简介】

基于自供电概念的启发，华中科技大学的苏彬教授团队，武汉纺织大学的徐卫林教授和香港理工大学的陶肖明教授团队共同开发了一种可伸缩的柔性磁电服装发电机，可以通过摆动手臂来发电。这种“粒子流纺纱”（PFS）方法可以生产连续的磁性纱线，因此可以通过工业织机大量生产磁性织物，且成本较低。即使在酸性/碱性环境或极端温度下，磁性织物在无需密封处理的条件下，依旧可以在水下工作。磁电服装发电机可以为许多领域的各种电子设备供电，这种方法开辟了一条探索电磁能量收集策略的道路。 该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【图文导图】 

图1钕铁硼磁性织物的可伸缩和大规模生产。

（a）磁电服装发电机，可在人们移动时为LED灯、无线通信和健康监测设备等设备供电。

（b）磁电服示意图。

（c）磁性织物的制备过程。

（d）投料单元照片。

（e）工业飞行架照片。

（f）一包钕铁硼磁性纱照片。

（g）钕铁硼磁丝yz平面微计算机断层扫描(micro-CT)图像。

（h）工业织机形成的一块13平方米的平纹织物。

图2磁性织物的生产及其发电的能力。

（a）钕铁硼磁性纱生产磁性织物的工艺示意图，以及随后通过与其他织物线圈相对运动产生的电力。

（b）所用织布机的实物照片。

（c）钕铁硼磁性纱织物的织造工艺。

（d）一块5平方厘米的磁化编织磁性织物。

（e）物理图像显示高斯计探测到的磁场强度为45.9 mT。

（f）不同质量比(20 - 80wt %)的钕铁硼磁粉的磁组团输出电压时间曲线。

（g）80 wt%织物样品在不同相对移动速度下的输出电压时间曲线。

（h）不同匝数线圈相对磁组构的输出电压时间曲线。

（i）不同叠置层磁组构的输出电压时间曲线。

图3 5×5 cm²磁性织物的可水洗、透气、水下和极端条件下的耐电性能。

（a）磁性织物在商用洗衣机中循环30次后的输出电压性能。

（b）磁性织物(左侧)在商用洗衣机中洗涤10次后(右侧)的物理图像。

（c）磁性织物在空气中80℃(黑线)、10℃(红线)条件下的输出电压性能，在1M酸性(绿线)或碱性(蓝线)溶液中洗涤。

（d）磁组构在80℃不经密封处理的水下发电演示。

（e）磁性织物与某些商业纺织品的透气性能比较。

（f）磁性织物及其他商业纺织品的SEM图像

图4磁性服装发电机的生产及其发电能力。

（a，e）磁电服装发生器原理图和实物照片。

（b）由人体摆动行为引起的磁电服装发生器的工作机理。

（c，d)具有良好柔韧性和可折叠柔软性的5种30 cm²磁性织物的实物照片和磁场分布。

（f）磁衣发生器一侧的输出电压时间和h)输出电流时间曲线。

(g)和(i)分别为放大后的(f)和(h)输出曲线。

（j，i）摆动过程中相邻状态和磁织物与线圈分离状态的照片。

(k，m)分别模拟计算得到的(j)和(l)的磁场强度分布。

图5磁电服装发电机的发电能力，通过连续的手臂摆动来驱动各种电子设备。

（a）磁电式服装发电机是将输出的电能由交流电转换为直流电，并在摆动过程中为商用电器供电。

（b）磁电服产生的峰值功率与摆臂频率的关系。

（c）不同外负载电阻测量的磁电服装发生器输出峰值电压和峰值电流。

（d）根据(c)的峰值功率密度，当外负载电阻为750欧姆时，峰值功率密度最高为3197 mW m2。

（e）磁电服装发生器的功率密度与以前的报告比较。

（f，j）通过给商用电池充电为无线通信系统供电的照片演示。

（g,k）为400个LED灯供电的照片演示。

（h,l）为商业计算器供电的照片演示。

（i,m）通过给商用电容器充电来监控志愿者的心跳，为一个健康智能手环供电

【奇材馆点评】

本项研究报告了一种通过运动就能实现发电的磁电服装发电机的制造方法，经过实验验证，在750Ω负载电阻下，磁电衣物发电机的功率密度可达到3197 mW m⁻²，这是前所未有的高度。通过钕铁硼磁性纱及其织物与纺织加工技术的兼容结合可用于大规模生产。此外，磁性织物经过系列的验证测试，显示出良好的耐久性和重复性。令人惊叹的是，在未有额外密封处理的条件下，磁性织物可在水下工作。这项研究的意义重大，未来可以实现边减肥边发电 。

【论文信息】

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