基于羊毛/聚四氟乙烯不对称结构的全纤维电子皮肤：能量收集与自供电传感研究

研究人员通过创新性填充芯纱与纬编技术，开发出基于羊毛(wool)/聚四氟乙烯(PTFE)不对称结构的三层编织电子皮肤。该材料具备优异摩擦电性能(37 V/58 nA)、透气性(341.9 mm/s)和机械耐久性(>1000次循环)，经聚丙烯酸改性后PTFE侧展现超疏水性(接触角>150°)和自清洁功能，可精准监测肘关节弯曲角度(30°～120°，R2=0.979)并识别滑动手势，还能驱动商用电子设备并为4.7 μF电容充电(100秒达4.5 V)，为人机交互与健康监测提供舒适耐用的纺织基解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种革命性的全纺织电子皮肤系统，其核心在于创新的不对称羊毛(wool)/聚四氟乙烯(PTFE)三明治结构。通过精妙的填充芯纱与纬编工艺，研究人员构建出具有独特层级架构的智能织物：外层采用高介电常数的超疏水PTFE材料，内层选用亲肤透气的天然羊毛纤维，中间层则巧妙嵌入镀银尼龙(SPN)导电纱线网络作为柔性电极阵列。

这种精妙的结构设计赋予材料卓越的摩擦电性能，可产生高达37伏的开路电压和58纳安的短路电流。经过聚丙烯酸(PAA)涂层改性后，PTFE表面展现出令人惊叹的超疏水特性，接触角突破150°大关，同时具备出色的自清洁能力。在机械性能方面，该电子皮肤经受住1000次以上的严苛循环测试，透气性指标达到341.9毫米/秒，完美平衡了功能性与穿戴舒适度。

在实际应用场景中，这种智能织物展现出令人振奋的多功能性：不仅能精确捕捉肘关节30°至120°范围内的弯曲动作(线性相关系数R²达0.979)，还可通过电压波形特征识别复杂的滑动手势。更引人注目的是，该系统成功驱动商用电子设备，并在短短100秒内将4.7微法电容充电至4.5伏特，充分验证了其能量收集能力。

这项研究为下一代可穿戴设备开辟了新途径，其全纺织解决方案兼具优异的生物相容性、机械耐久性和环境稳定性，在人机交互界面、远程医疗监测和智能康复训练等领域具有广阔应用前景。特别是将传统纺织工艺与现代电子技术完美融合的设计理念，为开发舒适耐用的自供电电子皮肤提供了可规模化生产的创新范式。