衣服也能发电？ATU研究人员FFF 3D打印面料让能源自给更近一步

2025年8月19日，南极熊获悉，爱尔兰大西洋理工大学(ATU)的研究人员成功开发出一种基于3D打印的新型能量收集纺织品。该创新工艺为智能服饰、医疗监测、运动装备等领域的能量自供型可穿戴设备带来了新的解决方案。

△相关成果已发表在国际权威期刊《Nano Energy》上，研究题目为“直接在可拉伸导电织物上3D打印摩擦活性聚合物层，用于高性能T-TENGs。”（传送门）

开发低成本可穿戴能源系统

项目由Aswathy Babu博士牵头，格拉斯哥大学、赫瑞瓦特大学、廷德尔国家研究所以及都柏林大学学院I-Form的研究人员参与合作。此项目是由爱尔兰研究中心和英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）资助的150万欧元项目的一部分，旨在开发可穿戴系统，捕捉人体运动并将它作为可再生能源。

这项研究的核心是基于纺织品的摩擦纳米发电机(T-TENG)，它通过与两个表面接触和分离时产生静电相同的效应来收集能量。为了制造它们，研究团队采用熔丝制造技术(FFF)，将聚丙烯(PP)直接打印到导电织物上，并使用了SOVOL V01、Ultimaker 2+和Mosaic Element HT等标准3D打印机。

选择聚丙烯(PP)作为材料，是因为它价格低廉、柔韧、化学稳定性高且防水。当熔融状态的聚丙烯被挤压到镀银聚酰胺织物上时，它会渗透到织物结构中，并在冷却时牢固粘合，无需使用胶水即可产生强大的粘合力。

△厚度分别为(a)-0.1毫米、(b)-0.3毫米、(c)-0.35毫米的单层PP以及厚度分别为(d)-0.1毫米、(e)-0.2毫米、(f)-0.35毫米的双层PP在导电织物上3D打印的SEM图像。(g) SL-0.1毫米(h) SL-0.3 毫米和(i) DL-0.3毫米的光学图像

3D打印柔性织物摩擦纳米发电机

测试结果表明，打印层与传统方法相比，形成了更强的结合，并产生了更高的电力输出。当与涂有EcoFlex涂层的导电织物结合使用时，这些纺织品的开路电压达到193.3伏，峰值电流达到17微安，功率密度超过每平方米2,000毫瓦。这证明了它们在实际应用中的潜力，因为这些设备能够点亮超过80个LED灯，并为运行小型电子设备的电容器充电。

团队还对纺织品在重复使用下的性能进行了仔细的评估。即使在经过2万次接触和分离循环后，这些纺织品仍然能够保持稳定的输出，并且在用水和洗涤剂清洗后仍能继续工作。这表明它们可以被整合到日常穿着的服装中。

进一步的实验研究了设计选择如何影响效率。结果表明，在光滑表面接触和机械柔韧性之间取得平衡的单层PP层（厚度为0.3毫米）效率最高。更简单的线状图案比复杂的网格或螺旋结构更有效，因为后者会引入粗糙的纹理，从而降低效率。双层结构也产生了较差的结果，因为缺陷和不平坦的表面限制了电荷的转移。

△让日常服饰实现自供电的研发人员

从能量收集到健康监测

在尼龙和聚酯等非导电商用织物上进行的试验产生了较低的电压（仅几伏），这是因为绝缘纺织品限制了电荷转移。这些发现强调了通过调整厚度和表面设计来显著提升性能的重要性。

除了发电，研究人员还展示了这些纺织品作为传感器的潜力。这些织物集成了支持Wi-Fi的微控制器，能够检测人体触觉的变化，并实时将数据传输到云平台。该系统能够区分轻触和重触，为可穿戴健康监测、交互式设备和环境感知等应用开辟了新的可能性。

对研究人员而言，直接3D打印提供了一种简单且可扩展的方法，将聚合物与织物结合，避免了昂贵的涂层步骤，并能使用标准打印机和材料实现自供电纺织品的大规模生产。

总的来说，这项创新研究通过进一步的测试和规模扩大，将使得日常服装不仅能作为服饰穿着，还能成为便携电源。该研究展示了纺织品与3D打印技术的融合如何推动可穿戴技术实现能源自给自足的发展目标。