擺脫電池！柔性納米設備利用人體運動發電

導讀

在可穿戴設備乃至整個電子產品領域，電池的問題一直是影響用戶體驗的關鍵。之前，小編也給大家介紹過相應的創新解決方案。然而，最近一項開拓性的技術創新，有望讓我們「徹底」擺脫電池帶來的種種煩惱，讓電子設備直接從人體運動中獲取能量。

動動你的小手指就可以給手機充電，走幾步路就可以給藍牙耳機供電，這樣的日子似乎越來越近了。

(圖片來源於：密歇根州立大學)

研究概況

密歇根州立大學的工程研究人員，使用一種薄膜一樣的設備，從人體運動的動能中吸收能量。實際上，是人體運動施加作用，讓設備發生形變，而後產生大量的能量。這種低成本的設備，稱為「納米發電機」，完整的設備被稱為「生物相容性鐵電駐極體納米發電機」，簡稱「FENG」。

這項開創性的研究發表於《納米能源》雜誌，由美國國家科學基金會贊助。這項研究的領導者、密歇根州立大學電氣和計算機工程系副教授 Nelson Sepulveda 是這麼評價的：

「我們正在朝著由人體運動來為可穿戴設備供電的目標進發。我可以預見的是，不久的將來，你可以一周不必為手機充電，因為它會利用你身體運動產生的能量。」

相關實驗

為了證明該設備的功能，科學家們進行了三個實驗。在實驗中，研究人員都是只進行了輕輕地觸摸或者按壓，並沒有使用電池，或者外接電源。

實驗一：研究人員只是輕輕按下鍵盤上相關的按鍵，電腦顯示屏（圖片右下方）上就顯示出相應的字母。

(圖片來源於：密歇根州立大學)

實驗二：研究人員通過手掌按壓該設備，成功的「點亮」20個LED燈，有藍色和綠色兩種。

(圖片來源於：密歇根州立大學)

實驗三：觸摸屏里含有研究人員研發的新型設備。在研究人員按壓屏幕後，屏幕顯示出字元。

(圖片來源於：密歇根州立大學)

這樣一款設備是如何設計的？

簡單介紹一下，這個產品的創新設計始於硅晶片，然後通過環境友好的材料包括銀、聚醯亞胺、聚丙烯鐵電駐極體，將它製造成多層或者薄片，接著添加離子，讓每層設備包含帶電離子。設備在被人體運動擠壓時，就會產生電能。

該設備的優勢和相關應用領域

該設備具有的優點很多，例如輕、柔、生物相容、可擴展、低成本和耐用，所以研究人員稱之為「用於機械能量獲取的一個有前途的可選方案」，它可以廣泛應用在電子領域例如無線耳機、智能手機或者觸摸屏設備上，使它們擺脫電池的束縛。該設備只有一張紙的厚度，根據不同的應用，可以定製不同尺寸，例如：當設備應用在觸摸屏上的時候，尺寸只有一個手指的那麼大。

也許有人要問，多次摺疊後，設備產生電的能力是否會下降？讓人興奮的是，這個設備在被摺疊後，會變得更強大。研究人員稱，你每摺疊它一次，產生的電壓都會迅速增長。比如，你拿著一塊很大的設備，當你一次有一次地摺疊它，它變得越來越小，但是能量卻越來越多。

現在，他可以小到可以放進鞋跟裡面，當你每次腳踏地面時候，都會產生電能。Sepulveda 和他的團隊正在開發使用腳踏地面方式，產生能量，為無線耳機供電。

參考資料

【1】http://msutoday.msu.edu/news/2016/flexible-device-captures-energy-from-human-motion/

【2】Wei Li, David Torres, Tongyu Wang, Chuan Wang, Nelson Sepúlveda.Flexible and biocompatible polypropylene ferroelectret nanogenerator (FENG): On the path toward wearable devices powered by human motion. Nano Energy, 2016; 30: 649 DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.10.007