本书比较全面地介绍了有关摩擦纳米发电机在智能纤维和智能纺织品中的基础应用。内容包括纺织基摩擦纳米发电机的基本理论、材料选择、结构设计和性能优化，以及在微纳能源收集、复合能量回收、自供电电源、智慧医疗、智慧体育、智能家居、安防监测、人机交互、生物医学等相关领域的应用研究，并对其未来发展前景与潜在挑战作了系统归纳。
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中科院外籍院士，欧洲科学院院士，，2019年爱因斯坦世界科学奖
目录
序
前言
第1章 纺织基摩擦纳米发电机的基础理论 1
1.1 基本工作模式 2
1.1.1 垂直接触分离（CS）模式 2
1.1.2 单电极（SE）模式 3
1.1.3 水平滑动（LS）模式 3
1.1.4 独立层（FT）模式 4
1.2 等效理论模型 4
1.2.1 固有电容模型和控制方程 5
1.2.2 拓展的麦克斯韦方程组 10
1.3 接触起电机制 12
1.3.1 接触起电研究方法 13
1.3.2 固体与固体之间的电子转移 17
1.3.3 接触起电的理论模型 19
1.3.4 接触起电的影响因素 23
1.4 性能评价标准 27
1.4.1 电荷密度、V-Q曲线 27
1.4.2 品质因数 28
1.5 小结 30
参考文献 30
第2章 纺织基摩擦纳米发电机的材料选择 33
2.1 纺织基接触起电材料 33
2.1.1 天然纤维 33
2.1.2 无机纤维 39
2.1.3 化学纤维 42
2.2 纺织基导电电极材料 58
2.2.1 导电电极材料概述 58
2.2.2 纺织基导电电极材料分类 58
2.3 表面封装材料 64
2.3.1 弹性材料 64
2.3.2 非弹性材料 66
2.4 小结 67
参考文献 68
第3章 纺织基摩擦纳米发电机的结构设计 71
3.1 纤维或纱线基摩擦纳米发电机 71
3.1.1 芯鞘结构 72
3.1.2 非芯鞘结构 82
3.2 织物基摩擦纳米发电机 85
3.2.1 机织结构 85
3.2.2 针织结构 88
3.2.3 非织造结构 92
3.2.4 编织结构 95
3.2.5 其他结构 98
3.3 小结 99
参考文献 100
第4章 纺织基摩擦纳米发电机的性能优化 102
4.1 化学改性 102
4.1.1 化学官能团修饰 102
4.1.2 离子注入/辐照 104
4.1.3 电荷捕获/存储 107
4.2 结构设计 110
4.2.1 分层结构 110
4.2.2 包芯/涂层结构 112
4.2.3 3D织物结构 114
4.3 电路管理 116
4.4 小结 123
参考文献 123
第5章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：微纳能源收集 126
5.1 风能收集 126
5.2 雨滴能收集 129
5.3 振动能量收集 134
5.4 人体运动能收集 136
5.4.1 人体关节活动的能量收集 136
5.4.2 人体其他部位的能量收集 140
5.5 小结 145
参考文献 145
第6章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：复合能量回收 149
6.1 机械能与太阳能 150
6.1.1 定义与基本概念 150
6.1.2 机械能与太阳能复合回收原理 150
6.1.3 摩擦纳米复合发电机收集机械能与太阳能的应用场景 153
6.2 机械能与热能 154
6.2.1 机械能与热能复合回收原理 154
6.2.2 摩擦纳米复合发电机收集机械能与热能的应用场景 156
6.3 机械能与生物能 158
6.3.1 定义与基本概念 159
6.3.2 机械能与生物能复合回收原理 159
6.3.3 摩擦纳米复合发电机收集机械能与生物能的应用场景 160
6.4 小结 163
参考文献 164
第7章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：自供电电源 167
7.1 自供电纺织品 168
7.2 基于超级电容器储能的自供电电源包 171
7.3 基于电池储能的自供电电源包 172
7.4 电源管理系统的作用 177
7.4.1 交流-直流转换 178
7.4.2 迟滞开关 178
7.4.3 直流-直流降压 178
7.5 展望 181
7.5.1 输出性能与耐用性 181
7.5.2 材料的选择 182
7.5.3 电路管理 182
7.5.4 自供电机制 182
7.5.5 评价标准 183
7.5.6 应用 183
参考文献 183
第8章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：智慧医疗 186
8.1 脉搏监测 187
8.1.1 脉搏监测的生理意义 187
8.1.2 脉搏监测相关的指标体系 188
8.1.3 脉搏监测系统技术 188
8.2 呼吸监测 192
8.2.1 呼吸监测的生理意义 192
8.2.2 呼吸监测系统 192
8.3 睡眠监测 195
8.3.1 睡眠监测的生理意义和睡眠质量评价标准 195
8.3.2 睡眠监测的指标体系 196
8.3.3 纺织基睡眠监测系统技术 198
8.4 小结 203
参考文献 203
第9章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：智慧体育 208
9.1 纺织基摩擦纳米发电机在球类运动中的应用 208
9.1.1 乒乓球和网球运动 209
9.1.2 羽毛球运动 211
9.1.3 排球运动 212
9.1.4 高尔夫球运动 213
9.2 纺织基摩擦纳米发电机在非球类运动中的应用 215
9.2.1 滑雪和滑冰运动 215
9.2.2 游泳运动 217
9.2.3 三级跳运动 219
9.2.4 拳击运动 219
9.2.5 马术运动 222
9.2.6 攀岩运动 222
9.2.7 走跑类运动 223
9.3 小结 225
参考文献 225
第10章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：智能家居 228
10.1 地毯 229
10.1.1 位置监测 229
10.1.2 消防安全 231
10.2 床上用品 232
10.2.1 智能床单 232
10.2.2 智能枕头 233
10.2.3 智能眼罩 235
10.3 无线家居控制系统 236
10.3.1 遥控器 236
10.3.2 键盘 237
10.3.3 声控系统 238
10.4 其他应用场景 239
10.4.1 智能马桶 239
10.4.2 空气净化 241
10.4.3 门禁系统 242
10.5 小结 243
参考文献 243
第11章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：安防监测 246
11.1 输入键盘 246
11.1.1 纺织基摩擦纳米发电机输入键盘的设计原则 247
11.1.2 智能键盘 248
11.2 路径监控 252
11.2.1 纺织基摩擦纳米发电机在路径分析中的应用 253
11.2.2 纺织基摩擦纳米发电机在安全监控中的应用 254
11.3 门禁系统 257
11.3.1 接触式纺织基摩擦纳米发电机智能门禁系统 257
11.3.2 非接触式纺织基摩擦纳米发电机智能门禁系统 260
11.4 小结 261
参考文献 263
第12章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：人机交互 265
12.1 电子皮肤 266
12.1.1 单纤维纺织基摩擦纳米发电机电子皮肤 266
12.1.2 多纤维编织纺织基摩擦纳米发电机电子皮肤 268
12.1.3 纳米纤维复合纺织基摩擦纳米发电机电子皮肤 270
12.2 柔性机器人/致动器 273
12.2.1 纤维基柔性机器人/致动器 273
12.2.2 织物基柔性机器人/致动器 276
12.3 虚拟现实/增强现实 279
12.3.1 纺织基摩擦纳米发电机用于虚拟现实 279
12.3.2 纺织基摩擦纳米发电机用于增强现实 282
12.4 小结 284
参考文献 284
第13章 纺织基摩擦纳米发电机的应用：生物医学 287
13.1 植入式传感监测 287
13.1.1 韧带拉伸应变监测 288
13.1.2 心血管监测 290
13.2 电刺激治疗 294
13.2.1 肿瘤治疗 294
13.2.2 药物传递 298
13.2.3 微生物阻断 300
13.2.4 组织再生 302
13.2.5 生理功能康复 307
13.3 小结 312
参考文献 312
第14章 纺织基摩擦纳米发电机的前景与挑战 315
14.1 发展前景 315
14.1.1 可穿戴电子设备 316
14.1.2 个性化健康医疗 318
14.1.3 多模态组合与系统集成 319
14.2 潜在挑战 320
14.2.1 电子纺织品的普遍发展瓶颈 321
14.2.2 纺织基摩擦纳米发电机的自身发展问题 329
14.3 小结 334
参考文献 334
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