将来衣服能发电？还能给手机充电？复旦传授带你从科幻走向实际 ...

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【编者按】
2023年5月27日，是复旦大学118周年校庆。“校庆种种运动，以促进科学研究为中央。”从1954年校庆前夕时任校长陈望道提出这一主伸开始，在校庆期间举行科学陈诉会，就成为复旦的紧张学术传统之一。
赓续学术传统，百年弦歌不绝。5月9日起，来自文社理工医各学科的50多位复旦名师将连续带来学术演讲。
“2023相辉校庆系列学术陈诉”第五场，由复旦大学高分子科学系主任彭慧胜以《将来衣服能发电——高分子纤维器件的探索与思索》主题开讲。

彭慧胜传授。本文图片 张怀艺、张钦文 图

5000多年前，人类就开始利用高分子纤维质料作为织物，5000年已往，纤维的功能还停顿在防寒保暖、舒服雅观上，在信息社会中，我们是否可以赋予纤维质料更多的功能？
从高分子纤维质料到高分子纤维器件，彭慧胜先容了团队在纤维太阳能电池、纤维锂离子电池、织物表现器件等技能上的探索。织物能发光、变色、乃至可以资助明白疾病的机制，从器件的原理到应用，彭慧胜领导听众从科幻走向实际。
一个畅想，扎进高分子纤维研究
电子器件是当代信息化社会发展的源动力，怎样做得充足小、充足薄？带着题目，15年前，彭慧胜一头钻进了高分子纤维器件研究范畴。
要得到纤维器件，起首要得到纤维质料。金属原子构成的质料，具有独特的电学、光学和电化学性能。为此，团队研发出金属主链高分子，冲破此前未见报道过的全部以金属原子作为主链的高分子的局面，为后续团队构建纤维电极质料奠基了质料底子。进一步，在复合质料层面，团队发现干法纺丝制备高分子/取向碳纳米管复合纤维，并发现聚酰亚胺类高分子可以可逆和有用储锂，得到新型电化学活性质料体系。
通过15年的积极，团队还创建起高分子凝胶电解质的数据库，可根据差别范例纤维器件举行选择。

运动现场

“织”一件将来的衣服
那么，将来的衣服怎样发电？所依赖的是纤维太阳能电池。
纤维器件范畴面对着怎样办理两根纤维电极之间电场分布不匀称、电荷沿很长的纤维器件怎样快速有用传输以及活性质料和高曲率导电纤维怎样实现稳固相互作用的三大题目。
为办理上述题目，团队制备具有多标准取向布局的纤维电极，再通过原位聚合构建纤维器件。而通过取向纳米和微米布局赋予优秀的可逆变形性能和独特的包缠限域效应，确保了电荷在活性质料/导电基底界面的高效传输。
团队还发现，纤维工作电极外貌纳米管的辐射状布局，有用包管了染料分子的有用渗出，实现更高的打仗面积，有利于电荷高效分离与传输。通过计划高分子电解质，团队进一步办理了纤维太阳能电池的安全性题目。
现在为止，这种纤维太阳能电池服从在室外可到达12%，室内最高为25%，能进步室内光能的使用服从。别的，纤维太阳能电池独特的一维布局，包管了其光电转换服从对入射光角度的无依靠性。这意味着，活动时，纵然衣服不停变形，仍旧可为电子产物稳固供电。“如今构建的太阳能电池织物，天天的发电量可以把36部手机布满电。”
进一步构建纤维锂离子电池，把纤维太阳能电池产生的电有用存储起来，更加有用满意一样平常生存需求。对于这些新型纤维电池，在浸水、扭干、扎破时，织物仍旧可以有用地给电子产物充电，彭慧胜向各人展示了团队的测试实行，这引起台下观众的赞叹。至于舒服度，“纵然是在上海最热的炎天，电池温度升高也就是两三度，是人体可以或许担当的范围”。
除了发电，通过可纺的碳纳米管阵列“拉”出一连的纤维，再通过化学反应将单体反应到碳纳米管上，在紫外光照下发生拓扑化学聚合，在通电后可以快速改变颜色。在此底子上，引入发光的导电高分子体系，还可以实现发光纤维。
“现在，根本上红橙黄绿青蓝紫万能做到。”把发蓝光的纤维做成毯子，裹在婴儿身上可治疗新生儿黄疸，且不消将婴儿与母亲分开。
高度的柔软性和生物安全性，通过注射方法把纤维器件植入到肿瘤部位，可以举行原位监测乃至治疗，还可以及时检测人体葡萄糖浓度，“你险些感觉不到它的存在，沐浴也不要紧，我们提出一个标语：把医院带回家”。现在这种纤维器件的安全性和恒久性都得到了实行验证，“进入体内，可以或许实现几个月对人体生理指标的有用检测。”
给衣服“织”上表现器
在彭慧胜看来，要让纤维器件集成与应用，还缺乏一个紧张的工具——表现器。如安在柔软且直径仅为几十至几百微米的纤维上构建可步伐化控制的发光点阵列，是困扰团队乃至整个范畴的一浩劫题。
团队的出发点是将全部电子元件纤维化，打造“织物体系”，通过一块柔软的织物，来实现全部必要的功能。
聋哑人不能语言怎么办，可以把脑电波信号收罗后表现在衣服上，实现跟他人的及时沟通。随时可控的表现开关，又能掩护个人隐私，从而进步聋哑人的生存质量。骑车无法看手机，导航体系可以编织进衣袖，“某种水平上，说不定手时机消散或改变形态。”
在彭慧胜看来，纤维电子器件在可穿着装备、新能源、人工智能、大康健、空间探测等广泛范畴表现了巨大的应用远景。
固然，要实现器件的规模化应用，还面对着诸多挑衅，将来，亟需针对纤维器件合乐成能质料，纤维器件的高效集成方法现在也险些没有，这些题目迫不及待，也是彭慧胜和团队所要“进军”的方向。