作为一种能量输出设备，三电纳米发电机（TENGs）极大地促进了可穿戴电子设备的应用，尤其是在能量采集和人体运动监测方面。然而，应用于可穿戴电子设备的三电纳米发电机不仅要求具有较高的电输出性能，还要求具有良好的佩戴舒适性。
本文，天津工业大学黄庆林 教授团队在《Chemical Engineering Journal》期刊
发表名为“Wearing comfortable and high electrical output TENGs woven with PTFE core–shell nanofiber yarns”的论文，
研究提供了一种基于聚四氟乙烯（PTFE）纳米纤维纱的 TENG。所制备的纳米纤维纱线具有芯壳结构，聚四氟乙烯/石墨烯纳米纤维构成摩擦外壳层，铜丝作为导电芯层。
当石墨烯含量达到 2 wt% 时，所得编织物（GW-TENG-2）的综合性能最佳。GW-TENG-2 的透气率高（10 kPa 时的空气通量为 1618.9 mm-s-1），自洁性能突出，耐洗涤性能稳定（洗涤五次后电压无变化）。同时，GW-TENG-2 的开路电压（Voc）、短路电流（Isc）和最大瞬时功率密度分别达到 206V、16.3μA 和1.04 W/m2，显示了其出色的电气输出性能。因此，它成功地为180个发光二极管（LED）供电，并能为商用电容器和电子手表充电。此外，通过将 GW-TENG-2安装在人体的不同部位（喉咙、手指、肘部等），可以有效监测这些部位的运动。例如，在人体手指上，当指尖从 30° 弯曲到 90° 时，产生的电压信号从0.4V 到1V不等。这些结果突出表明，GW-TENG-2在可穿戴电子设备，特别是能量采集和运动监测方面的应用潜力巨大。
图1 、GW-TENG 的表征和优化。
图2、 TENG 的工作机制和输出性能图。
图3、 GW-TENG-2 的可穿戴性能测试。
图4. WS-TENG-2的应用。
图5 、人体运动能量收集和运动监测。
总之，我们利用电纺丝技术开发出了芯壳纱，其中外壳由掺杂石墨烯的聚四氟乙烯纳米纤维组成，芯层为 0.1 毫米的铜丝。我们在电纺过程中优化了芯层的移动速度（0.1 mm/s）和石墨烯含量（2 wt%）。随后，我们采用手工编织法制造出了单电极 GW-TENG-2 器件，该器件具有优异的疏水性、自洁性、抗污染性、高柔性和透气性。GW-TENG-2 显示出很高的电气输出性能，开路电压 (Voc) 为 200 V，短路电流 (Isc) 为 16 μA，电阻为 62 MΩ 时的瞬时功率密度为 1.04 W/m2。此外，该器件还能在超过 10,000 次连续接触分离循环中保持电压稳定，显示出卓越的耐用性。GW-TENG-2 能有效地将人体运动产生的机械能转化为电能，适用于为计算器、电子表和商用电容器充电。GW-TENG-2 采用单电极模式，可与电负性不同的各种织物进行接触分离，从而实现织物识别。GW-TENG-2 还可以通过分析手指弯曲、肘部弯曲、行走和跑步等不同运动时产生的电压信号来监测人体运动。总之，GW-TENG-2能够有效地将机械能转化为电能，而且佩戴舒适，因此在可穿戴电子设备、能量采集和人体运动监测领域的应用前景非常广阔。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159501
