【纤锋者】安徽农业大学-叶冬冬/合肥工业大学-王慧庆-“能量收集仿生气凝胶纤维”《Advanced Materials》

【纤锋者】

叶冬冬

安徽农业大学教授，博导，安徽省优青，师从著名天然高分子学者张俐娜院士，从事再生纤维素结构设计及构效关系研究，获中国化学会纤维素与生物质化学委员会青年学者奖，研究发表在Nat. Sustain., Nat. Commun., Adv. Mater.(3篇), Adv. Energy Mater., Nano Lett.(4篇), ACS Nano(2篇), ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater.(4篇)、Green Chem.(3篇), Nano Energy (3篇)等期刊，H指数30，被引3469次，授权专利12项。主持国自然科学基金2项；安徽省优秀青年基金项目1项；广东省自然科学基金3项等项目；担任Science Bulletin, Nano Research Energy, The Innovation Materials, 科学通报、纺织学报、纺织高校基础科学学报等期刊青年编委，担任Nat. Commun.,  Adv. Mater., Matter, Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano., Nano Lett.等期刊独立审稿专家。

王慧庆 

合肥工业大学 副教授

副教授，博士生导师，奥地利留学人员，全国纤维素行业协会专家委员会员。研究方向：基于天然高分子纤维素甲壳素前沿新材料研究，如能源收集与传感、医药辅料、电子浆料、光学膜，已取得系列创新性成果，以通讯作者在国际材料领域顶尖期刊Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、Carbohydrated Polymers、Nano Letters等发表了研究论文30+篇，申请发明专利40+项、授权发明专利10+项。主持国家自然科学基金面上项目、安徽省科技攻坚计划、安徽省重点研发、海南省重点研发、产学研合作研发等科研课题10余项；担任、参与多项纤维素团体标准撰写，长期对我国纤维素行业上下游产业链原料与产进行技术指导。

【论文标题】：Liquid Transport-Enhanced Bioinspired Heterogeneous Aerogel Fibers for Flexible Wearable and Outdoor Energy Harvesting System；液输运增强型仿生异质气凝胶纤维及其在柔性可穿戴与户外能量收集系统中的应用

【发表期刊】：《Advanced Materials》，中科院1区，IF=26.8

【第一作者】：Kaiwei Liang 

【通讯作者】：叶冬冬、王慧庆 

【论文摘要】：柔性可穿戴能量收集系统对于实现轻量化、舒适化便携式电子设备具有重要意义。其中，气凝胶纤维兼具超轻质量与丰富的纳米孔结构，是构建液流驱动型能量收集平台的理想基元。本文受植物维管束高效输水行为启发，报道了一种通过微流控纺丝制备的液输运增强型异质气凝胶纤维（HAF）。该纤维以扭曲结构、表面电荷强化的棉芯实现液体快速输运，外层包覆再生纤维素 / 炭黑复合层，用以增强力学强度并提升水伏能量转换效率。优化芯层捻度可使液体输运速率提升1.87 倍，并强化固液界面相互作用；单根长度 5 cm 的纤维可稳定输出0.55 V 开路电压，持续时间超过 160 小时。此外，通过对多根气凝胶纤维单元进行矩阵式串并联集成，该系统可收集可穿戴汗液或室外雨水能量，为 GPS 设备、户外帐篷照明以及碳纳米管基电热毯供电。本工作提出了一种仿生液输运增强型设计策略，为构建柔性、轻质、可持续的气凝胶纤维基自供能系统奠定了基础。

【论文创新点】：本研究提出液输运增强型仿生设计策略，采用同轴微流控纺丝制备异质气凝胶纤维（HAFs）。该纤维为分级核壳结构，内核为TEMPO氧化扭曲棉芯，外层包覆再生纤维素/炭黑气凝胶壳层，可协同加速液体轴向传输，提升水伏发电转换效率。优化芯层捻度与表面电荷后，纤维液体传输速率提升1.87倍；单根5 cm长HAF可稳定输出0.55 V电压，持续工作超160 h。导电炭黑网络不仅大幅提升纤维力学强度（最高35 MPa）与弯曲柔韧性，还能保障电荷持续传输，实现长效稳定发电。系统研究证实，该纤维电输出性能可通过结构参数与环境条件精准调控，对温度、湿度、风速均具备良好适应性。经规模化矩阵串并联集成，该纤维系统可收集汗液、雨水能量，直接为低功耗电子器件供电、为超级电容器充电，并驱动织物集成电源模块。GPS定位、户外帐篷照明、可穿戴电热等实景演示，充分验证了HAF体系在可穿戴与户外场景的多功能实用性。综上，本研究构建了可规模化制备的液输运驱动水伏发电纤维平台，融合仿生结构设计与实用功能，为可持续轻量化可穿戴能量收集提供了全新方案。

【论文图表】：

图1 异质气凝胶纤维（HAF）的仿生设计与制备。

图 2 异质气凝胶纤维（HAFs）的结构与组分表征图 

图3 异质气凝胶纤维的发电机理与性能。

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