人体呼吸、出汗以及皮肤蒸发会持续释放水分，因此湿气被认为是一种来源广泛、可持续利用的环境能量源。近年来，随着可穿戴电子、智能纺织品和自供能健康监测系统的快速发展，如何构建既柔性、又易于织物集成，同时还能稳定输出电信号的能量器件，成为该领域的重要研究方向。传统湿气发电器件大多以薄膜或块体形式存在，通常存在柔韧性不足、透气性有限以及与纺织结构兼容性较差等问题，限制了其在服装、皮肤界面和动态形变场景中的应用。

近日，南通大学张伟教授团队在期刊《Advanced Fiber Materials》上发表了题为“Wearable and Integrable Core-Spun Yarns for Moisture-Enabled Energy Harvesting and Self-Powered Intelligent Monitoring”的最新研究成果。研究者结合共轭静电纺丝与喷涂组装策略，构建了一种Ag/PVA纳米纤维核纺纱线（APNCY）湿气发电器件。该器件以锌丝为芯电极，以PVA/LiCl纳米纤维层为吸湿层，并在外层喷涂银颗粒形成壳层电极，从而实现了高效的湿气能量收集。结果表明，LiCl含量对纤维形貌、界面吸湿响应和电输出性能具有关键影响，其中0.2 wt.% LiCl条件下制备的APNCY表现最佳，在95%相对湿度下可输出约0.75 V和0.034 mA，并可稳定工作超过10000 s。更重要的是，依托纱线结构的柔性与可织造特性，该器件还可实现呼吸信号采集、多种呼吸模式识别以及无线异常预警，展现出在智能纺织和可穿戴健康监测中的应用潜力。南通大学纺织服装学院硕士研究生张铖为论文第一作者，南通大学纺织服装学院张伟教授、何昕阳副教授为论文共同通讯作者。

图1：APNCY核纺纱线的制备与应用示意图

该团队采用共轭静电纺丝技术，将PVA/LiCl纺丝液在异极高压静电场作用下沉积并缠绕到旋转的锌丝表面，形成PVA纳米纤维核纺纱线；随后通过喷涂银颗粒构筑外层导电壳层，最终得到Zn/PVA-LiCl/Ag三明治结构的APNCY器件。所得纱线长度可达米级，具有良好的柔韧性，并能够方便地集成到织物体系中。该结构不仅有利于湿气能量收集，也为后续无线监测和可穿戴应用奠定了基础。

图2 :LiCl调控下的纱线结构特征与湿气发电机理。

LiCl在该体系中发挥了重要作用。一方面，LiCl具有优异的吸湿性，能够显著增强纤维层对环境水分的响应；另一方面，Li⁺较小的离子半径有利于在PVA基体中实现较高的离子迁移率，从而促进湿气诱导的电荷输运。随着LiCl浓度增加，纺丝液电导率提高，纤维束宽度由约170 μm减小至120 μm，纤维结构更致密、更均匀。研究还表明，0.2 wt.% LiCl时纤维直径分布更集中，结构均匀性更优。EDS结果显示，C、O、Cl元素在纤维中分布均匀，说明LiCl被有效引入PVA纳米纤维网络中。

图3：APNCY的基本湿气发电性能。

不同LiCl浓度下，APNCY的输出性能存在明显差异。其中，0.2 wt.% LiCl样品表现出最优的综合性能，在95% RH下输出电压约为0.75 V，输出电流约为0.034 mA。与此同时，器件的输出随环境湿度升高而增强，说明该纱线结构对水汽变化具有较高敏感性。除了较高的输出水平外，APNCY还表现出较好的长度适应性和形状适应性，在弯曲、不同构型条件下仍能保持稳定信号输出，并在连续运行10000 s过程中展现出良好的稳定性。

图4：APNCY的自供能交互应用。

除了湿气发电外，APNCY还可实现自供能触觉/接近感应功能。当手指接触或接近器件时，输出电压会产生明显变化，说明该纱线具备一定的人机交互潜力。进一步地，研究者还演示了其在摩尔斯电码信号转换中的应用，表明该器件不仅能作为能量收集单元，也能够作为柔性自供能信号器件，为智能纺织中的信息交互提供了新的可能。

图5：APNCY用于呼吸监测、模式识别与无线异常预警。

得益于纱线器件与人体界面的良好适配性，APNCY可用于实时采集呼吸信号。研究者将该系统与模数转换模块、运算放大模块、微控制器和低功耗蓝牙模块结合，实现了呼吸波形的实时分析与无线传输，并可在手机端显示监测结果。当出现异常呼吸状态时，系统能够自动触发预警；当呼吸恢复正常后，又可自动退出报警模式，回到常规监测状态。结合深度学习与t-SNE特征空间分析，该系统能够有效区分正常呼吸、深呼吸和恢复呼吸等不同模式，体现出较强的特征提取和分类识别能力。

总体来看，该工作提出了一种兼具可织造性、柔性、自供能输出和智能识别功能的湿气发电核纺纱线平台。通过将锌芯电极、PVA/LiCl吸湿纳米纤维层和银壳层合理集成，器件实现了较高的湿气发电性能与稳定性，同时拓展到呼吸监测、信号识别和无线预警等应用场景，为智能纺织品和可穿戴健康监测器件的发展提供了新的材料体系与技术路径。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s42765-026-00708-z

人物简介：

张伟，南通大学教授，博士生导师，院长。新加坡国立大学、英国莱斯特大学访问学者。担任教育部高等学校纺织类专业教指委非织造分委会副主任、中国纺织工程学会常务理事、中国产业用纺织品行业协会理事。入选交通运输部“青年科技英才”、江苏省“333工程”第二层次培养对象、江苏高校“青蓝工程”优秀教学团队带头人等。获中国纺织工程学会“纺织青年科技奖”、江苏纺织青年科技奖、南通市青年科技奖。先后主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划项目、江苏省高等学校自然科学研究重大项目等10余项。发表SCI论文60余篇，参编国家、行业和团体标准5项；获省部级科技进步奖6项，省部级教学成果奖5项。

何昕阳（张伟教授团队），南通大学校聘副教授，东华大学纺织工程专业博士。获“国家建设高水平大学公派留学生项目”资助前往新加坡国立大学Ouyang Jianyong教授团队联合培养。入选首批“中国科协青年人才托举工程博士生专项计划”。以第一作者（共同一作）及共同通讯在Nature Communications（2篇）, Advanced Functional Materials，Advanced Fiber Materials，Engineering（3篇）等国际高水平权威期刊发表论文20余篇。担任Carbon Energy（IF=24.8）、Chinese Chemical Letters（IF=9.8）、Exploration（IF=35）等期刊青年编委，Research和纺织学报编辑助理。