苏州大学随着物联网、人工智能和可穿戴电子技术的迅速发展，柔性电子设备对无电池、自主供能系统的需求日益增长。纱线型摩擦纳米发电机（Y-TENGs）凭借柔软、透气及易于织物集成等优势，在人体运动能量采集与可穿戴设备供能方面展现出广阔前景。然而，传统纱线结构存在有效接触面积不足、界面相互作用薄弱及电荷泄漏等问题。因此，在实际应用中，制备兼具高效能量转换、稳定电荷保持能力和柔性可织性的摩擦电纱线，仍是一项重要挑战。
近日，苏州大学王萍、张岩教授团队和文震教授团队在期刊《Advanced Functional Materials》上发表了最新研究成果“Hierarchically Aligned Core–Shell Yarn-Shaped Triboelectric Yarns With Coupled High-Density Charge Trapping and Efficient Transport”。研究者通过共轭静电纺丝，构筑了定向并列式摩擦电纱线（aligned side-by-side triboelectric yarn，ASS-TY）。该纱线以银镀尼龙纱为导电芯，以定向聚偏氟乙烯（PVDF） 纳米纤维为介电壳层，在壳层内部形成连续的并列式（side-by-side，SBS）结构。
这一设计把宏观结构有序化与微观分子链取向结合起来，连续排列的纤维网络降低界面电荷传输阻力，为电荷沿纱线轴向传输提供通道；相邻纤维之间的线接触界面则引入高密度深陷阱，帮助电荷被有效俘获并抑制泄漏。最佳16 wt% PVDF溶液制备的ASS-TY可实现最高40 m h-1的连续生产，深陷阱能级达到1.02 eV，深陷阱密度为1.83×1021 eV-1 m-3，约为非SBS结构的5倍，可用于自供能压力感知和手势识别，在可穿戴电子设备和自供能人机交互等领域中具有潜在的应用前景。
图1：ASS-TY对齐的并排摩擦电纱线的制造和形态。
在共轭静电纺丝过程中，通过调节PVDF溶液浓度，最终在16 wt%条件下获得结构清晰、轴向取向良好的SBS纤维结构（图1a）。高压电场和单轴牵伸共同促进PVDF分子链取向及β相晶体形成。扫描电镜图像显示，定向微/纳米纤维连续包覆在银镀尼龙芯纱周围，并在纤维内部形成多尺度的核-壳结构（图1b、c），为增强界面电荷俘获与促进轴向电荷传输奠定了结构基础。
图2：深陷阱机制与ASS-TY的电荷保持能力。
如图2a所示，在三维模拟中定向SBS纤维层的表面电势为36.5 V，高于随机取向纤维层的32 V。SBS结构中的线接触界面可形成更多结构缺陷和深能级陷阱，使转移电荷得到更长时间的限制；非SBS结构主要依赖分散在单根纤维中的浅陷阱，电荷更容易耗散。等温表面电势衰减分析进一步证实，ASS-TY具有更强的深陷阱俘获能力。与此同时，SBS薄膜在100 Hz下的介电常数由非SBS结构的1.77提高到4.0，表明更高的界面密度增强了界面极化和电荷承载能力。
图3：ASS-TY基摩擦纳米发电机（ASS-TENG）的输出、稳定性与压力响应和与其他TENG的性能比较。
图4：ASS-TENG的能量存储、可穿戴供能与手势通信应用。
研究者将ASS-TY组装为垂直接触–分离式摩擦纳米发电机，器件的开路电压、短路电流和最大功率密度分别达到197 V、1.72 μA和131.2 mW m⁻²，并在7200次循环后保持稳定输出。在1–30 N压力范围内，器件表现出良好的线性响应，灵敏度达4.34 V kPa⁻¹（R²=0.993），可为电容充电、点亮300个LED并驱动无电池秒表。将其缝入手套后，器件能够识别手指弯曲和握拳动作，并通过摩尔斯电码实现信息传输。ASS-TY凭借均一材料SBS核–壳结构实现的深陷阱储电与导电芯高效传输协同，以及连续制备、柔软可织和自供能感知等优势，在智能纺织、可穿戴人机交互、运动监测和应急通信等领域展现出良好的应用前景。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.78604
人物简介：
张岩，工学博士，苏州大学教授、博士生导师。现任苏州大学纺织与服装工程学院副院长兼现代丝绸国家工程实验室副主任，江苏省纺织工程学会青年工作委员会主任，《服装学报》编委，《现代纺织科技》等3本期刊青年编委。主要研究方向为新型纤维及其纱线、纺织结构复合材料。发表SCI论文100余篇，授权发明专利20余件。主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、苏州市自然科学基金等纵向项目和多项企业委托项目；在纳米纤维材料和三维机织物设计方面的研究成果获江苏省科技进步三等奖1项，中国纺织工业联合会科技进步二等奖3项。
文震，苏州大学功能纳米与软物质研究院特聘教授、博士生导师、院长助理。主要从事纳米传感材料、微纳传感器件、智能传感系统等方面研究，至今发表高水平学术论文210余篇，撰写学术专著3章，总引用超过21000次，h因子为83，已获授权中国发明专利40项，其中12项已转让。近五年承担国家自然科学基金委青年B类项目（原优秀青年基金项目）、区域创新发展联合基金重点项目、面上项目等，国家重点研发计划课题（2项）、科技部科技创新2030—“新一代人工智能”重大项目等，入选江苏省高层次人才培养计划“333工程”、江苏省优青、江苏省科协青年科技人才托举资助工程、江苏省科技副总项目、全球前2%顶尖科学家榜单（终身榜）等，荣获2025年度微系统与纳米技术峰会杰出青年科学家奖、2024年中国商业联合会科学技术发明奖、2023纳米材料杰出青年学者奖、2023先进纳米能源奖、2022年度微系统与纳米技术峰会青年科学家奖等。目前担任Microsystems & Nanoengineering副主编、Journal of Intelligent Material副主编、Nano Energy助理编辑、SmartSys青年编委，中国发展战略学研究会先进材料与智能制造战略专业委员会常务理事、中国材料研究学会智能传感功能材料与器件分会委员、江苏省人工智能学会类脑智能计算专委会委员。
王萍，工学博士，苏州大学教授、博士生导师。现任苏州大学纺织与服装工程学院非织造材料与工程专业系主任、纺织与服装设计国家级实验教学示范中心（苏州大学）副主任、纺织与服装国家级虚拟仿真实验教学中心（苏州大学）副主任。主要研究方向为功能化纤维材料的结构设计及其应用。主持国家级、省部级科研项目10余项，近年来在Coord Chem Rev、Renew Sust Energ Rev、Nano Energy、Chem Eng J等期刊上发表高水平学术论文120余篇，其中高被引论文2篇，文章总被引次数2000余次，H指数23，授权发明专利20余件。