无需电池,仅靠扭转或拉伸就能发电的纳米纱线问世

   2017-08-29 中国国防科技信息网4100
导读

美国德克萨斯大学达拉斯分校与韩国汉阳大学等机构的科学家8月25日在《科学》杂志上发表文章,报告了他们最新研发的一种高科技纳

美国德克萨斯大学达拉斯分校与韩国汉阳大学等机构的科学家8月25日在《科学》杂志上发表文章,报告了他们最新研发的一种高科技纳米纱线Twistron,仅靠扭转或拉伸就能发电。Twistron纱线拥有广泛的应用前景,如在海洋环境下利用波浪能或温差能发电,或捕获人员运动产生的能量为可穿戴设备供能。
 
Twistron纱线本质上是一种不需要外加电源的电容器,它由很多根碳纳米管纺成,单根碳纳米管是直径为人头发丝直径万分之一的中空圆柱体。为了提高纱线的弹性,研究人员不断提高纱线的捻度,从而使得纱线呈类似弹簧的螺旋结构。
 
论文通讯作者、美国德克萨斯大学达拉斯分校纳米科技研究所教授雷·鲍曼(Ray Baughman)表示,Twistron纱线除了自身独特的构造,还需要电解质的帮助,必须浸泡或涂上诸如盐水的离子导电材料。随后,这些电解质中的离子会自动渗入到纱线中,当纱线被拉伸或扭转时,纱线上的电荷彼此靠近,电压增高,从而产生电能。
 
在实验室里,研究人员测试了一根重量小于家蝇的Twistron纱线。结果发现,每次被拉伸后,纱线产生的电能可以点亮一个小型LED。据介绍,卷曲的twistron纱线当以每秒30次的频率拉伸时,可产生250瓦每千克(纱线重量)的峰值电功率。
 
有趣的是,3年前,雷·鲍曼曾用聚乙烯和尼龙制成聚合物人工肌肉,其收缩力是同尺寸天然肌肉的100倍。这种聚合物肌肉在受热和冷冻时会收缩和伸长,于是,研究人员将一根Twistron纱线和之相连,测试Twistron是不是能从环境中采集废热。实验结果表明,Twistron的确可以将人工肌肉的机械能转化为电能。
 
鲍曼团队对Twistron的应用场景很乐观,它或许可以为电子纺织品供电,也可以放置在海水中,将海浪的机械力采集为电能。在实验室,研究人员将Twistron缝进了上衣,测试发现,在人体正常呼吸时,随着胸腔的起伏,纱线被拉伸并产生电信号。与此前文献报道的其他可织布发电纤维相比,单位重量的twistron纱线能提供高于它们一百倍以上的发电功率。
 
在海水中的实验也展现了Twistron的应用潜力。在韩国东部海域中,研究人员测试了Twistron在海水中发电的可行性。他们将一根长10厘米、重1毫克的纱线,连接在一只气球和一块静置在海床上的沉子之间。有海浪时,气球会发生沉浮,最高可使纱线达到25%的伸长率。
 
鲍曼认为Twistron纱线可从海浪中获取巨大的能量,他说,基于目前实现的平均输出功率,只需要31毫克的Twistron纱线就可以在100米半径范围内,提供每10秒钟传输2千字节数据包所需的电能。但若要投入使用,Twistron的生产成本仍需降低。
 
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