晾衣绳外，电网上：MXene纳米材料使纺织品能够进行无线充电

从实验室到衣柜，完全集成的纺织电子产品的下一步是弄清楚如何在不携带过时的固体电池的情况下为服装小发明供电。德雷塞尔大学、宾夕法尼亚大学和加利福尼亚州埃森哲实验室的研究人员采取了一种新的方法来应对这一挑战，他们建造了一个可以无线充电的完整纺织能源网。在他们最近的研究中，该团队报告说，它可以为纺织设备供电，包括一个加热元件和实时传输数据的环境传感器

发表在《今日材料》杂志上的这篇论文描述了通过在非织造棉纺织品上用由MXene组成的油墨印刷来构建网格的过程和可行性，MXene是德雷塞尔公司创造的一种纳米材料，同时具有高导电性和耐用性，足以承受衣服的折叠、拉伸和洗涤

概念验证代表了可穿戴技术的一个重要发展，目前可穿戴技术需要复杂的布线，并且受到使用刚性、笨重的电池的限制，这些电池没有完全集成到服装中

“这些庞大的能源供应通常需要刚性组件，这主要有两个原因，”德雷塞尔工程学院杰出大学巴赫教授、该研究的领导者Yury Gogotsi博士说

“首先，它们对佩戴者来说既不舒服又具有侵入性，随着时间的推移，它们往往会在硬电子设备和软纺织品之间的界面上失效——对于电子纺织品来说，一个特别难以解决的问题是可洗性问题。”

相比之下，该团队提出的纺织品网格是印在一小块大小的轻质柔性棉基材上的。它包括一个被称为MX线圈的印刷谐振线圈，可以将电磁波转化为能量，从而实现无线充电；以及一系列三个纺织超级电容器——之前由德雷塞尔和埃森哲实验室开发——可以储存能量并将其用于为电子设备供电

电网能够以3.6伏的电压进行无线充电，这不仅足以为可穿戴传感器供电，还足以为计算机中的数字电路或手表和计算器等小型设备供电。仅仅15分钟的充电产生的能量就足以为小型设备供电90多分钟。在经过一系列弯曲和洗涤循环以模拟衣物的磨损后，其性能几乎没有下降

除了用小型电子设备测试电网外，宾夕法尼亚大学的合作者，由神经学副教授Flavia Vitale博士领导，还证明了它还可以为基于MXene的无线生物传感器电极（称为MXtrodes）供电，这些电极可以监测肌肉运动

“除了需要储能的服装应用外，我们还展示了可能不需要储能量的用例，”Alex Inman博士说，他在埃森哲实验室实习期间帮助进行了这项研究，当时他是a.J.Drexel纳米材料研究所Gogotsi的博士生和研究助理

“在婴儿床上的婴儿或病床上的病人等相对久坐的用户的情况下，可以直接使用电源，例如连续无线监测运动和生命体征。”

在这方面，他们还使用该系统为现成的温度和湿度传感器阵列供电，并使用微控制器实时广播他们收集的数据。30分钟的无线充电为传感器的实时广播供电13分钟，这是一种相对耗能的功能

最后，该团队使用MX线圈为印刷的织物加热元件供电，称为焦耳加热器，产生约4摄氏度的温度增益，作为概念验证

Gogotsi说：“许多不同的技术都可以通过无线充电来提供动力。在选择应用程序时，要考虑的主要问题是它需要对可穿戴应用程序有意义。”。“我们倾向于认为生物传感器是一个非常诱人的应用，因为这是医疗保健的未来。它们可以直接集成到纺织品中，提高数据的质量和保真度，增加用户的舒适度。

”但我们的研究表明，基于纺织品的电网可以为任何数量的外围设备供电：用于时尚或工作安全的光纤LED，用于工作培训和娱乐等AR/VR应用的可穿戴触觉，以及在不需要独立控制器时控制外部电子设备。“

开发这项技术的下一步是展示如何在不降低其性能或限制其集成到纺织品中的能力的情况下扩大该系统的规模。Gogotsi和Inman预计MXene材料是将各种技术转化为纺织品形式的关键。MXene油墨不仅可以应用于大多数常见的纺织品基材，而且许多基于MXene的设备也被证明是概念验证。

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Inman说：“我们正在从无线充电中产生足够的电力，为许多不同的应用供电，因此下一步归结为集成。”“MXene可以帮助实现这一点的一个重要方式是它可以用于许多不同的领域。”这些功能——例如导电迹线、天线和传感器——你不必担心可能导致电气或机械故障的材料失配。p