汗水浸透的運(yùn)動服能發(fā)電？戶外暴曬的衣服還能預(yù)警極端天氣？東華大學(xué)科研團(tuán)隊在《Engineering》發(fā)表的最新成果，讓科幻場景走進(jìn)現(xiàn)實。他們開發(fā)的柔性熱電紡織材料，透氣性超過600毫米/秒，拉伸率達(dá)120%，能通過人體與環(huán)境溫差自主發(fā)電，并實時監(jiān)測呼吸、運(yùn)動甚至陽光強(qiáng)度，為可穿戴設(shè)備按下“去電池化”加速鍵。

給布料穿“導(dǎo)電外衣”：溫差發(fā)電破解供電難題
傳統(tǒng)智能手環(huán)、健康監(jiān)測儀依賴笨重電池或頻繁充電，極大限制穿戴舒適性。研究團(tuán)隊另辟蹊徑，利用碳納米管（CNT）和導(dǎo)電高分子材料，通過浸漬法給棉質(zhì)針織布料穿上“導(dǎo)電外衣”——用PEDOT:PSS溶液制備p型熱電層，油胺修飾形成n型熱電層。這種“織物半導(dǎo)體”能將人體與環(huán)境溫差直接轉(zhuǎn)化為電能，如同“布料版溫差發(fā)電機(jī)”。實驗顯示，佩戴于手腕時，布料在3℃溫差下可穩(wěn)定輸出1.17毫伏電壓，足夠驅(qū)動呼吸監(jiān)測傳感器。

手機(jī)APP秒變健康管家：從呼吸異常到高溫預(yù)警
研究團(tuán)隊將8組熱電布料串聯(lián)，集成藍(lán)牙模塊制成無線傳感系統(tǒng)。當(dāng)布料縫入口罩內(nèi)側(cè)，呼氣時鼻端溫度上升產(chǎn)生0.8毫伏信號，吸氣時歸零，通過手機(jī)APP生成呼吸曲線（如圖3f）。測試中，系統(tǒng)成功捕捉呼吸暫停的60秒“信號黑洞”，為睡眠呼吸暫停預(yù)警提供可能。更巧妙的是，布料表面覆蓋的聚乙烯氧化物（PEO）納米纖維膜，可反射90%陽光并增強(qiáng)輻射散熱，使穿戴者在烈日下保持體感涼爽，同時通過溫差變化實時測算光照強(qiáng)度，在APP生成紫外線風(fēng)險提示。

運(yùn)動員的“隱形教練”：抗干擾技術(shù)破解戶外監(jiān)測困局
戶外運(yùn)動中，肢體拉伸與陽光照射產(chǎn)生的信號常互相干擾。團(tuán)隊利用針織布料力學(xué)各向異性特性——橫向拉伸時電阻穩(wěn)定，縱向拉伸時電阻驟降——設(shè)計出“信號解耦算法”。將布料縫入籃球運(yùn)動員護(hù)腕后，系統(tǒng)成功區(qū)分手腕彎曲動作與陽光照射的影響，精準(zhǔn)記錄運(yùn)球次數(shù)（如圖5e）。實驗數(shù)據(jù)顯示，橫向拉伸50%時電阻波動小于5%，而縱向拉伸50%時電阻下降超60%，這種“智能篩網(wǎng)”效應(yīng)使動作捕捉誤差低于3%。

未來挑戰(zhàn)：極端天氣下的“感官失靈”
盡管技術(shù)突破顯著，研究指出局限：當(dāng)陽光強(qiáng)度超過2200W/m2（相當(dāng)于上海盛夏正午）時，系統(tǒng)監(jiān)測誤差上升12%；布料在暴雨環(huán)境中因纖維吸水導(dǎo)致導(dǎo)電性驟降。這如同“智能手表遇水失靈”，仍需材料科學(xué)與環(huán)境工程的協(xié)同攻關(guān)。目前，該技術(shù)已在我國某運(yùn)動品牌智能服裝中試點，團(tuán)隊正聯(lián)合氣象部門開發(fā)“分布式織物傳感網(wǎng)絡(luò)”，目標(biāo)是將千萬件智能衣物變?yōu)槌鞘屑壄h(huán)境監(jiān)測節(jié)點。

正如論文所述：“當(dāng)每一針棉線都能感知世界，可穿戴技術(shù)將重新定義人機(jī)交互的邊界。”這項突破不僅讓衣物變身“貼身健康管家”，更為零功耗物聯(lián)網(wǎng)打開新可能。

來源: Engineering