佐治亚理工学院的研究人员发明了一款设备,可以利用静电,把运动(例如手机在口袋里的摩擦)转变成为手机电池充电的电源。这是这类材料第一次被证实有足够的能力为个人电器充电。
当你走路,坐立不安,甚至呼吸时产生的额外能量理论上可为医疗植入设备和其他电子元件提供电力。但是,想利用这些琐碎运动产生的能量十分困难。
佐治亚理工学院的材料科学教授王中林已经在这一领域工作了好几年。他最关注可在机械应力下产生电压的压电材料(piezoelectric materials)。王中林和其他研究人员已经在纳米水平上组织材料,扩大其压电效应。不过到目前为止,压电纳米发电机还不能产生让人印象深刻的电力输出。
现在,王中林的研究团队已经证实,一种不同的方法也许更有前途:利用静电和摩擦。当你在干燥的环境下用塑料梳子梳头,头发会竖起来,就是这个道理。佐治亚理工学院的科学家证实,利用一种塑料材料聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)和金属,就能使摩擦生电效应(triboelectric effect)发电。当这些材料被制成薄膜并互相接触以后,就会被充电。而当两片薄膜扭曲的时候,电流会在它们之间流动,并为电池充电。当两个薄膜的表面的纳米结构经过设计以后,表面积会加大许多,摩擦力和产生的电力也会极大地获得提升。
王中林说:“可供选择的材料有很多,制造设备也并不难。”可以在50种常见的塑料、金属和其他材料中任意选择来制造这一设备。
“这一设备的能量密度给我留下了深刻的印象,”弗吉尼亚理工能量采集材料中心主任(Center for Energy Harvesting Materials and Systems at Viginia Tech)沙山克•普利亚说。他还补充道,其他智能材料尚不能产生足够的电,让其得到实际应用。
不过,这一纳米发电机能否在实验室外发挥作用仍需观察。西雅图华盛顿大学机械工程学教授李建宇(音)说:“他们需要证实设备能利用实际生活中的机械振动发电。”能量收集器要在真实世界中得到应用,必须能选出可以供最多能量的振动频率。如果纳米发电机只能挑出低能量的机械振动,想要给手机充电的时间就会变得太长了,普利亚解释说。王中林说,他正和公司讨论,让能量收集器有具体的应用。他正考虑将其作为臂章穿在身上的可能。