你有想象過(guò),有一種紗線,只要拉伸或扭轉(zhuǎn)就能發(fā)電嗎?
現(xiàn)在,有一種名為“Twistron”的紗線就能實(shí)現(xiàn)自身發(fā)電�?茖W(xué)家設(shè)想,它可以被放置在海浪運(yùn)動(dòng)或溫度波動(dòng)中來(lái)采集能量,轉(zhuǎn)化成電能。
研發(fā)出這一發(fā)電紗線的是由美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校和韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)三國(guó)科研團(tuán)隊(duì)。8月25日,相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志,通訊作者之一為美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼(Ray Baughman)。
Twistron紗線
“Twistron”本質(zhì)上是一種不需要外加電源的電容器,它由很多根碳納米管紡成,單根碳納米管是直徑為人頭發(fā)絲直徑10000分之一的中空?qǐng)A柱體。為了提高紗線的彈性,研究人員不斷提高紗線的捻度,從而使得紗線呈類似彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)。
要想發(fā)電,“Twistron”除了自身獨(dú)特的構(gòu)造,還需要電解質(zhì)的幫助,必須浸泡或涂上諸如鹽水的離子導(dǎo)電材料。隨后,這些電解質(zhì)中的離子會(huì)自動(dòng)插入到紗線中,當(dāng)紗線被拉伸或扭轉(zhuǎn)時(shí),紗線上的電荷彼此靠近,電壓增高,從而產(chǎn)生電能。
在實(shí)驗(yàn)室里,研究人員測(cè)試了一根重量小于家蠅的Twistron紗線。結(jié)果發(fā)現(xiàn),每次被拉伸后,紗線產(chǎn)生的電能可以點(diǎn)亮一個(gè)小型LED。據(jù)介紹,卷曲的twistron紗線當(dāng)以每秒30次的頻率拉伸時(shí),可產(chǎn)生250瓦每千克(紗線重量)的峰值電功率。
有趣的是,3年前,雷·鮑曼曾用聚乙烯和尼龍制成聚合物人工肌肉,能舉起同樣大小天然肌肉100倍的重量。這種聚合物肌肉在受熱和冷凍時(shí)會(huì)收縮和伸長(zhǎng),于是,研究人員將一根Twistron紗線和之相連,測(cè)試Twistron是不是能從環(huán)境中采集廢熱。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Twistron的確可以將人工肌肉的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
鮑曼團(tuán)隊(duì)對(duì)Twistron的應(yīng)用場(chǎng)景很樂(lè)觀,它或許可以為電子紡織品供電,也可以放置在海水中,將海浪的機(jī)械力采集為電能。
在實(shí)驗(yàn)室,研究人員將Twistron縫進(jìn)了上衣,測(cè)試發(fā)現(xiàn),在人體正常呼吸時(shí),隨著胸腔的起伏,紗線被拉伸并產(chǎn)生電信號(hào)。
“電子紡織品有很好的商業(yè)前景,但怎么來(lái)為它供電呢?”鮑曼說(shuō)。“從人體的運(yùn)動(dòng)中收獲電能是解決
電池需求的一個(gè)策略。與文獻(xiàn)中報(bào)道的其他可織布發(fā)電纖維相比,單位重量的twistron紗線,能提供高于它們一百倍以上的電功率。”
在海水中的實(shí)驗(yàn)也展現(xiàn)了Twistron的應(yīng)用潛力。在韓國(guó)東海岸的海水中,研究人員測(cè)試了Twistron在海水中發(fā)電的可行性。他們將一根10厘米長(zhǎng)、重1毫克的紗線,連接在一只氣球和一塊靜置在海床上的沉子之間。有海浪時(shí),氣球會(huì)上升,拉伸紗線最高可達(dá)25%的伸長(zhǎng)率。
鮑曼認(rèn)為T(mén)wistron紗線可從海浪中獲取巨大的能量,他說(shuō),基于目前實(shí)現(xiàn)的平均輸出功率,只需要31毫克的Twistron紗線就可以在100米半徑范圍內(nèi),提供每10秒鐘傳輸2千字節(jié)數(shù)據(jù)包所需的電能。但若要投入使用,Twistron的生產(chǎn)成本仍需降低。
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