紗線摩擦納米發(fā)電機(jī)不僅可以直接編織或針織成透氣、靈活、輕便的衣服，而且可以無處不在地從身體運(yùn)動中獲取能量，并監(jiān)測人體的生物力學(xué)和生理信號，在智能生活中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。目前大多紗線納米發(fā)電機(jī)的工作模式需要依賴與其他織物或材料的接觸與分離，實現(xiàn)可機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)的單根紗線作為自驅(qū)動的發(fā)電機(jī)仍然具有挑戰(zhàn)性。

據(jù)報道，中科院北京納米能源所王中林教授和馬麗蕓博士團(tuán)隊設(shè)計了一種具有分層雙翼結(jié)構(gòu)的新型多功能三維編織可拉伸分層互鎖花式紗線摩擦納米發(fā)電機(jī)（3D HIFY-TENG）。該紗線發(fā)電機(jī)由雙半圓翼紗互鎖在軀干紗兩側(cè)，形狀似“蝴蝶”結(jié)構(gòu)。每根翼紗是有導(dǎo)電紗在內(nèi)、絕緣紗為外的皮芯結(jié)構(gòu)，軀干紗為彈性聚氨酯紗線。由于獨特的分層互鎖結(jié)構(gòu)，3D HIFY-TENG的翼紗在拉伸狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)下與軀干紗接觸和分離，產(chǎn)生摩擦電信號。此外，3D HIFY-TENG也能在與人體皮膚或其他材料接觸時產(chǎn)生能量信號，從而實現(xiàn)多種形式的能量收集模式。

研究人員還建立了一個數(shù)值模型來驗證和預(yù)測3D HIFY-TENG中翼紗的運(yùn)動軌跡，與實驗結(jié)果具有良好的一致性。此外，3D HIFY-TENG顯示出強(qiáng)大的機(jī)械性能、良好的拉伸性（＞350%）、可編織性、可剪裁性、適形性和可洗性。將3D HIFY-TENG進(jìn)一步分為三種具有平面結(jié)構(gòu)的自供電織物傳感器，與使用相同編織結(jié)構(gòu)的普通核殼結(jié)構(gòu)紗線TENG制造的織物相比，具有更高的拉伸性。該織物不僅在自供電傳感方面表現(xiàn)出良好的性能，而且在拉伸過程中表現(xiàn)出獨特的可調(diào)節(jié)孔隙效應(yīng)，顯示出在智能過濾器中的應(yīng)用潛力。針對應(yīng)用，研發(fā)人員又開發(fā)了智能健身系統(tǒng)，將花式紗線集成到智能彈力帶中，用于運(yùn)動頻率統(tǒng)計分析、實時運(yùn)動檢測、自供電姿勢校正報警等多功能運(yùn)動管理。