柔性納米發電機,沒電就請走兩步
王中林跟喬治亞理工學院的同事開發出第一台摩擦型納米發電機:TENG的時候,是在2012年。TENG可以直接利用摩擦產生的靜電來為小型電子設備供電,比如走路的時候,通過鞋裡面的TENG,每走一步就能產生讓80個LED等亮起來的電能。
這麼神奇的TENG是不是黑科技?
並不是,其實TENG也只是由兩不同的材料組成在一起。一種是容易失去電子的材料,像是玻璃或尼龍,另一種則是容易吸收電子的材料,比如說硅還有聚四氟乙烯。當這兩種材料相互摩擦時就能很容易的產生靜電,還記得小時候勞技課上老師用絲綢與玻璃棒摩擦產生靜電吸附小紙塊的實驗嗎?就是這個原理。
不過王中林覺得,這種長期的摩擦會帶來非常嚴重的磨損,所以他需要找到一個更好的解決方案。12年的時候,王中林回到喬治亞理工學院實驗室里去嘗試用一些新的方式來實現低磨損發電,功夫不負有心人,王中林與同事最後發現,將這種材料做成波浪接觸面疊放一起時,只要通過擠壓的方式,這種結構就能達到非常好的摩擦效果,並也能產生靜電完成發電的效果。
除了有令人震驚的能量轉換效率以外,這種模式也能讓TENG的材料不再局限於硬質電子材料。現在,王中林與他的團隊就已經開發出了採用柔性電子材料做成的TENG,這樣的產品不僅是一個非常可靠的能源也是一個可拉伸,可彎曲具有強拓展性的產品。
在科技研究型雜誌《Science Advances》中,喬治亞理工學院的研究人員採用TENG裝置結合導電液體電極和一個橡膠彈性套,成功演示了納米發電機的靈活,並還給它取了一個新名字:「saTENG」(形態自適應TENG)。
"saTENG與TENG最關鍵的區別就在於我們使用導電液代替了之前的固體導電部分,這樣整個結構更具有靈活性與適應性,幾乎能適用於任何物體表面。"
王中林稱,利用這種材料,納米發電機可延伸3倍而性能不會有絲毫下降。他們將設備放置在一個人的鞋上,當佩戴者走了一步,產生的電力足夠讓超過80個LED燈亮起。他們也利用這種材料做了一個手鐲,僅從佩戴者的手臂運動上就攢了足夠的電能維持LED等點亮。
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未來,他們還可能將水作為液體電極,水的流動性還具備了自身的機械能,如果可以提取的話,這還將開闢了一條新的發電思路。
saTENG現在所面臨的最大的挑戰是建立一個穩定的輸出系統。新設備的演示也不是最後一步。之後,他們將研究saTENG在醫療和保健中的應用,想像一下,當患者使用的起搏器所需要的電能就是從這麼一個微小的裝置而來,源源不斷地為心臟輸送電流,多麼不可思議。

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