刘洲，深圳大学化学取工程学院特聘研究员、博导。次要处置微流控手艺、流体物理、软物质材料等方面的研究，正在 Nature Communications、 Angewandte Chemie、 Advanced Materials、 Advanced Functional Materials、 ACS Nano等研究范畴主要期刊上颁发论文50余篇。所获荣誉包罗国际发现展银、中国化学学会根本研究二等、深圳市优青、深圳市高条理人才打算B类，担任中国化工学会微化工专委会青年委员等职务。

　　针对这一问题，深圳大学微流控取软物质课题组孟思副研究员、孔湉湉传授、刘洲研究员，提出操纵同轴共轭静电纺丝连系导电粘合剂涂层的方式，实现高活络度、高不变性、矫捷柔嫩，合用于多种纺织布局的芯-壳纳米纤维同轴纱线（NCYs）的大规模制备，展现了NCYs及其衍生纺织品正在人体分歧部位心理信号监测的矫捷性，并操纵平纹织物布局的NCY-TENG开辟一种高活络度、抗菌、透气、耐洗特征的智能鞋垫，是用于糖尿病脚患者及时步态监测的抱负选择。相关研究近期以题为 “Scalable and ultra-sensitive nanofibers coaxial yarn-woven triboelectric nanogenerator textile sensors for real-time gait analysis”颁发于《 Advanced Science》上。

　　NCY-TENG能够通过分歧极性的PA66基和PVDF基两种壳层材料的 NCYs的进行加捻或或编织的体例来设想（图3a），并通过接触分手(C-S)模式发生电信号，正在外力感化下，两种NYCs之间的接触面积增大，两者之间的电位差随之增大。导电粘合剂涂层工艺对提高NYCs输出效率起主要感化（图3b），而共轭静电纺丝工艺则进一步提高NYCs制成的织物型TENG的活络度（图3c），分歧壳层厚度的NYCs具有分歧的输出效率，通过调理共轭静电纺丝工艺转速可实现NYCs壳层厚度的调控（图3d、3e）。

　　得益于NCYs柔嫩、矫捷的类纺织品特征，可通过常规的纺织机（图4a）制备取大都保守织物兼容的平纹编织布局的NCY-TENG。做者通过搭建基于来去马达的步态模仿测试系统（图4b），测试了平纹NCY-TENG正在检测人类活动中典型的力频次和大小的能力；测试过程笼盖典型步态频次1~3。5Hz下的输出信号，我们发觉这种织物正在0。5-3。5 Hz的频次范畴内可以或许发生不变而较着的电信号，确认NCY-TENG正在步态监测中的合用性。更高频次的压力会使输出电压（Vout）随之增大，而正在恒定频次（2hz）下， Vout也跟着外力的添加而添加（图4e）。成果表白，NCY-TENG能够通过丈量分歧压力下的电压响应来及时监测脚底应力，满脚步态阐发的要求。别的，平纹NCY-TENG正在低频下展现了优异的活络度及信噪比，3Hz前提下测试对外力的活络度高达8。36 V/kPa（图4f），正在频次仅为0。3Hz、0。01 kPa的周期性超低压力下仍可以或许发生不变和高质量的电信号（图4g），机能跨越大大都纤维型或织物型TENG传感安拆（图4h），证明NCY-TENG正在人体低频、微弱心理勾当监测中的靠得住性及无效性。耐久性方面，NCY-TENG正在跨越10000次3hz、0。4 kPa轮回应力的感化下，测试前取测试后的Vout差小于1%，展示了优异的持久不变性。

　　本工做开辟的NCYs及其衍生纺织品，因为其高活络性、优异的类纺织品特征及功能可扩展性正在可穿戴心理勾当监测方面展现了很好的使用潜力，这些纺织品不只合用于糖尿病脚患者步态、关节勾当等身体活动信号的及时监测，正在可穿戴电子设备及智能纺织品范畴也具有广漠的使用前景。

　　为加强NCYs正在可穿戴设备中的多功能性，除了上文展现的平纹NCY-TENG，做者还摸索了NCYs的衍生纺织品布局，包罗加捻纱、编织纱和罗纹织物等布局。通过加捻和编织的体例别离制成NCY-TENG加捻纱线b）。进一步测试其机能，可发觉两种布局的复合纱表示出分歧的机械机能和传感机能；正在低应力前提下，NCY-TENG加捻纱比编织纱表示出更优异的活络度，但编织纱线能够检测到更大的应力范畴（图5c）。这种差别次要是因为编织纱中NCYs的是更宽松的弯曲状编织，正在低应力下导致更小的纤维接触面积，降低电荷转移效率，但这种布局同时付与NCYs织物必然拉伸性。做者展现了高活络、轻量化的NCY-TENG加捻纱正在颈部吞咽等细微动做检测的潜力（图5d-5f）。可拉伸的NCY-TENG编织纱则适合手指等较小关节的活动（5g-5i），扩大NCYs正在分歧可穿戴场景的合用性。

　　摩擦电纳米发电机(TENG)通过摩擦起电和静电的耦合效应实现自供电，因布局简单、小型、基于织物布局的TENG进一步付与可穿戴器件柔嫩、舒服的特征，为心理信号无创监测供给了一种新思。以芯壳布局的纱线为标记的织物型TENG取保守织物有优良的兼容性，但常规的同轴纺丝、涂层、覆膜、包纱等芯壳纱线制备体例，易呈现芯层导电纤维和壳层摩擦电材料之间连系性差，导致芯壳间电阻增大，或因壳层不服均导致电荷泄露，以及受力时易滑移零落等问题。这些问题使织物型TENG活络度和不变性较低。

　　为设想芯-壳布局不变、做者采用了同轴共轭静电纺丝连系导电粘合剂涂层的方式（图2a），别离采用PA66及PVDF-TrFE聚合物溶液做为两种摩擦带电性分歧的NCYs壳层纺丝材料，芯层材料均采用柔性不锈钢纤维；并正在同轴共轭静电纺丝过程中添加一道导电粘合剂同步涂层工艺（此中粘性组分为PVA，导电组分为液态金属，银纳米线为抗菌次要成分），以减小NCYs芯壳间的界面间隙（图2b、2c为涂层工艺感化对比），添加芯壳间的粘附性（图2d），以降低接触电阻，提高布局不变性及输出效率。通过共轭静电纺丝工艺构成两种NCYs壳层为500-1000um摆布的纳米纤维的布局（图2e-2h）。该方式可以或许大规模制备高柔韧性、矫捷性的NCYs（图2i-2k），取保守织物具有优良的兼容性（如图2l）。

　　孟思，深圳大学化学取工程学院副研究员，深圳市高条理人才。师从东华大学纤维范畴出名学者朱美芳院士，次要处置纤维的制备取布局设想、智能可穿戴、生物支架材料等方面的研究，以第一做者及通信做者正在 Advanced Functional Materials、Biomaterials、 Advanced Science、 Nano Research、 Small、 Small Method等研究范畴主要期刊上颁发论文10余篇，参取编写纤维范畴主要专著两部。

　　选择了高活络度、布局平整的平纹NCY-TENG做为步态监测鞋垫根基形成单位（图7a-7b），并将15个平纹NCY-TENG设置正在脚部区域的环节脚压力点。为评估步态监测鞋垫的无效性，尝试者通过穿戴内置智能鞋垫的鞋子进行各类坐立和行走勾当，测试分歧的步态前提对脚底压力分布的影响，测试每个平纹NCY-TENG单位的Vout。通过Ansys无限元阐发进行仿实，进一步可视化鞋底的压力分布（图7c-7e），了分歧步态类型（尺度步态、内向步态、外向步态）的压力分布的环节差别，表白步态监测鞋垫可以或许供给精确的压力映照以识别分歧步态形态下奇特的脚底压力。别的，得益于NCYs的劣势，平纹NYC-TENG纺织品具有超卓的透气性（图7f）及耐洗涤性，正在跨越30次洗涤轮回后，仍能连结原始输出电压的94%摆布（图7i），连系粘合剂涂层工艺付与NYCs的抗菌机能（图7g-7h），平纹NCY-TENG智能鞋垫正在可穿戴步态监测方面展示出庞大的潜力，出格是针对糖尿病脚患者的步态检测。

　　具有罗纹针织布局的NCYs衍生纺织品可通过常见的针织安拆制得（图6a），并将其融入日常可穿戴物品中，取平纹NCY-TENG比拟，罗纹NCY-TENG具有更宽的线性可测压力范畴，但其活络度表示较差（图6b），这种机能差别是因为其松散的圆形编织布局；而罗纹NCY-TENG的可拉伸性使其很是适合监测肘部等较大关节的活动。操纵这一特征，可将罗纹NCY-TENG整合到商用肘部套中（图6c），精确肘部分歧角度的弯曲，肘部活动（图6d-6e）。