ATU開發(fā)3D打印可穿戴能量收集技術(shù)，利用TENG技術(shù)將人體運動作為可再生能源

2025年8月13日，南極熊獲悉，據(jù)大西洋理工大學(xué)（ATU）報道，該校納米技術(shù)與生物工程研究部門的研究人員開發(fā)了一種新型 3D 打印技術(shù)，可以將功能性聚合物材料直接3D打印到可拉伸紡織品上。這項技術(shù)可提高可穿戴紡織品的能量轉(zhuǎn)換效率，標(biāo)志著可持續(xù)自供電電子產(chǎn)品的重大進步。

相關(guān)研究成果以題為“Direct 3D-printed triboactive polymer layers on stretchable conductive fabric for high-performance T-TENGs”的論文發(fā)表在《納米能源》雜志上，由Aswathy Babu博士及多學(xué)科研究團隊領(lǐng)導(dǎo)，并由Suresh C. Pillai教授指導(dǎo)。研究由格拉斯哥大學(xué)、赫瑞瓦特大學(xué)以及都柏林大學(xué)學(xué)院SFI先進制造研究中心I-Form合作完成。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111218

這項創(chuàng)新克服了長期以來與高溫加工以及聚合物與織物之間弱界面結(jié)合相關(guān)的挑戰(zhàn)，為下一代可穿戴能量收集系統(tǒng)開辟了新的可能性。它直接解決了幾個關(guān)鍵問題：無需使用粘合劑或復(fù)雜的多步驟工藝，實現(xiàn)了3D打印聚合物與紡織品之間的優(yōu)異粘合性，并提供了強大的摩擦電性能。

所制造的器件展現(xiàn)出高輸出電壓和電流、卓越的耐用性和實際功能，包括能夠為小型電子設(shè)備供電并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的觸摸感應(yīng)。這些特性使該技術(shù)成為可穿戴健康監(jiān)測和環(huán)境傳感應(yīng)用的理想選擇。研究團隊的突破集中在制造基于紡織品的摩擦納米發(fā)電機（T-TENG），能夠?qū)�機械運動轉(zhuǎn)化為可用的電能。

研究人員利用低成本熔絲制造 (FFF) 3D 打印技術(shù)，成功地將聚丙烯 (PP)（一種摩擦活性熱塑性塑料）沉積到導(dǎo)電的柔性織物上。最終形成了一種機械強度高、圖案精細(xì)的表面，可實現(xiàn)強大的介電織物粘合力和卓越的摩擦電性能。

△首席研究員是納米技術(shù)和生物工程研究部門的蘇雷什·C·皮萊（Aswathy Babu ）博士。資料來源：ATU

愛爾蘭RI-EPSRC項目首席研究員、ATU納米技術(shù)與生物工程研究組負(fù)責(zé)人Suresh C. Pillai教授說道：“這是可穿戴能源技術(shù)領(lǐng)域的一個重要里程碑。我們的直接3D打印技術(shù)在介電聚合物和織物電極之間建立了高度均勻且緊密的結(jié)合。這種界面質(zhì)量對于提高能量轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。通過先進的表面圖案化和多層優(yōu)化，我們顯著提高了摩擦電輸出，相比傳統(tǒng)的制造方法。”

首席研究員 Aswathy Babu 博士說道：“這項研究提供了一種可擴展且經(jīng)濟高效的途徑，將能量收集技術(shù)融入日常服裝。通過利用低成本的3D打印技術(shù)，并實現(xiàn)聚合物與織物之間的牢固粘合，我們開發(fā)出了適用于實際應(yīng)用的可清洗、可拉伸且高性能的能量發(fā)生器。”

△ATU 納米技術(shù)和生物工程研究小組負(fù)責(zé)人 Suresh CPillai 教授

這項研究是由愛爾蘭研究中心（前身為SFI）和英國工程與物理科學(xué)研究委員會（EPSRC）資助的150萬歐元合作項目的一部分。研究團隊由格拉斯哥大學(xué)的Daniel Mulvihill教授領(lǐng)導(dǎo)，成員包括來自ATU、廷德爾國家研究所和英國赫瑞瓦特大學(xué)的研究人員。

本項目的總體目標(biāo)是利用摩擦納米發(fā)電機 (TENG) 技術(shù)——一種環(huán)保且可持續(xù)的能量收集方法——將人體運動轉(zhuǎn)化為可再生能源。由此產(chǎn)生的 T-TENG不僅高效，而且靈活、耐用、可清洗且可擴展——這些特性對于實際應(yīng)用至關(guān)重要。

研究團隊展示了這些能量收集器的實際適用性，并成功地將其集成到支持物聯(lián)網(wǎng)的自適應(yīng)觸摸感應(yīng)系統(tǒng)中，這表明它們在智能可穿戴設(shè)備、實時健康監(jiān)測、軟機器人和環(huán)境感應(yīng)等領(lǐng)域具有直接的潛力。

蘇雷什·C·皮萊教授說道：“這項工作標(biāo)志著我們朝著真正自供電可穿戴電子產(chǎn)品的研發(fā)邁出了關(guān)鍵一步。通過結(jié)合材料科學(xué)、增材制造和物聯(lián)網(wǎng)集成，我們?yōu)樾乱淮�可持續(xù)、用戶友好且智能的設(shè)備奠定了基礎(chǔ)，這些設(shè)備能夠?qū)崟r跟蹤數(shù)據(jù)并實現(xiàn)無線連接。”

ATU校長奧拉·弗林博士說道：“我要贊揚蘇雷什·C·皮萊教授、阿斯瓦蒂·巴布博士以及更廣泛的研究團隊，他們雄心勃勃，致力于通過應(yīng)用科學(xué)解決現(xiàn)實世界的挑戰(zhàn)。他們在可穿戴技術(shù)領(lǐng)域的研究凸顯了智能材料在改變我們監(jiān)測健康、與環(huán)境互動以及為日常使用的設(shè)備供電的方式方面的潛力。”

這項研究為可穿戴電子產(chǎn)品中可定制、自給自足的電子紡織品的商業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為能夠響應(yīng)和適應(yīng)用戶和環(huán)境的能源自主設(shè)備開辟了新視野。