双拉舍尔结构随间隔纱长度变化的变形与恢复实时观测：(a) 2 毫米，(b) 5 毫米，(c) 15 毫米。罗马数字对应图 8 中压电能量产生的阶段。图片来源：《先进功能材料》（2025）。DOI: 10.1002/adfm.202504271

大邱庆北科学技术研究院（DGIST）能源与环境技术系的林相圭（Lim Sang-kyu）博士团队开发出一种智能纤维传感器，可实时监测滑坡等自然灾害。这种新型纤维基于压电技术（将压力转化为电能），其三维（3D）结构显著提升了性能，助力实现无需外部电源的自供电传感器系统。

该研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊。

压电纤维的技术突破

压电纤维在受压或弯曲时会产生电能，常用于可穿戴设备、智能纤维传感器和能量收集装置。然而，传统纤维结构中存在多层空气层，其对性能的影响尚不明确，导致能量输出受限。

研究团队开发了一种新型纳米材料 —— 钛酸锡纳米棒（SnTiO₃ NR），并将其与聚合物聚偏二氟乙烯（PVDF）复合制成压电纤维。这种纤维的横截面呈八瓣花瓣状，通过特殊编织技术形成两层重叠的 3D 双拉舍尔结构（double-Raschel structure）。结构内的纤维间空气层可吸收冲击、传递压力并放大信号。

间隔纱长度为 5 毫米、嵌入 5% SnTiO₃纳米棒的八瓣截面 PVDF 纤维构成的双拉舍尔结构织物中，间隔纱的实时变形与恢复过程。图片来源：《先进功能材料》（2025）。DOI: 10.1002/adfm.202504271

关键性能数据

实验表明，当在 5 cm×5 cm 区域施加 1 N/m² 压力时，该纤维传感器可产生高达 92.8 V 的电压和 4.13 mA 的电流 —— 无需外部电源即可点亮 22 颗 LED 灯，也足以驱动日常传感器系统或小型电子设备。这一性能通过结构优化实现，其能量输出是传统平面结构的两倍以上，展现了高性能智能纤维的潜力。

自供电实时监测系统

研究团队还利用该纤维构建了基于蓝牙的自供电实时滑坡监测系统。该系统可检测外力并无线传输数据，适用于多种场景：从监测暴雨引发的滑坡等灾害征兆，到追踪健康和运动数据。

林相圭博士表示：“我们明确了可提升压电纤维性能的结构与非结构因素。这项研究将推动智能传感技术的发展，助力对暴雨滑坡等各类灾害进行预警响应。”

更多信息

相关研究成果发表于《先进功能材料》，标题为《基于 SnTiO₃纳米棒嵌入八瓣截面 PVDF 纤维的双拉舍尔结构织物用于先进灾害预警系统》（Double Raschel‐Structured Fabric Based on SnTiO3 Nanorod‐Embedded 8‐Petal Cross‐Section PVDF Fibers for an Advanced Disaster Warning System），DOI: 10.1002/adfm.202504271。

期刊信息：Advanced Functional Materials

来源：大邱庆北科学技术研究院

术语注释

压电技术（Piezoelectric Technology）：通过材料形变产生电荷的效应，常用于能量转换和传感领域。

双拉舍尔结构（Double-Raschel Structure）：一种三维编织技术，通过两层重叠结构形成立体织物，具备独特的力学性能。

自供电系统（Self-Powered System）：无需外部电源，通过环境能量（如压力、振动）实现供电的技术方案。