納米級發(fā)電機：用摩擦和靜電為手機充電
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摩擦起電是眾所周知的物理現象，那么有沒(méi)有想過(guò)利用摩擦產(chǎn)生的電能給手機充電？一種由廉價(jià)材料制造的納米發(fā)電機或許將實(shí)現這一功能。
佐治亞理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一款原型產(chǎn)品，能利用運動(dòng)，例如手機在口袋中的晃動(dòng)，產(chǎn)生的靜電給手機電池充電。這是業(yè)界首次實(shí)現利用這樣的電能給個(gè)人電子設備充電。
從理論上講，人們行走，甚至呼吸產(chǎn)生的能量都可以給植入體內的醫療設備，或其他電子產(chǎn)品充電。然而，如何利用這種小幅運動(dòng)產(chǎn)生的能量則存在挑戰。
佐治亞理工材料科學(xué)專(zhuān)業(yè)教授王中林在過(guò)去多年中一直從事這一領(lǐng)域的研究，并主要專(zhuān)注于壓電材料。通過(guò)采用納米技術(shù)來(lái)制造壓電材料，王中林和同事放大了壓電效應。不過(guò)到目前為止，基于壓電效應的納米發(fā)電機還沒(méi)有產(chǎn)生較大的電力輸出。
王中林的小組發(fā)現，一種不同的方式可能更有前景：靜電和摩擦。在干燥的天氣使用塑料梳子梳頭就很容易產(chǎn)生靜電。研究人員證明，使用一片聚對苯二甲酸乙二醇酯材料和一片金屬材料，這種靜電充電現象，或稱(chēng)作“摩擦起電”效應，能產(chǎn)生足夠的能量。當彎曲時(shí)，兩片薄膜之間將產(chǎn)生電流，從而實(shí)現充電。而如果采用納米技術(shù)來(lái)制造兩種表面，那么有效面積將更大，從而提供更強的摩擦和更多的電能。
佐治亞理工學(xué)院發(fā)明的這種納米發(fā)電機能將機械運動(dòng)能量的10%至15%轉換為電能，而更薄的材料轉換率甚至可以達到40%。指甲蓋大小的摩擦電納米材料在彎曲時(shí)能產(chǎn)生8毫瓦電力，足以驅動(dòng)心臟起搏器。而一塊5x5厘米的材料能同時(shí)點(diǎn)亮600盞LED燈泡，或是為商用手機的電池充電。王中林的小組已經(jīng)在《Nano Letters》期刊上發(fā)表了研究成果。
王中林表示：“材料的選擇很多，設備的制造也很容易?！庇屑s50種普通塑料、金屬和其他材料在配對時(shí)都可以產(chǎn)生同樣的效果。
弗吉尼亞理工學(xué)院能源利用材料與系統中心主管Shashank Priya表示：“這一設備產(chǎn)生的能量密度很高?！彼赋?，其他智能材料還無(wú)法產(chǎn)生可實(shí)際應用的足夠能量。
目前還不清楚這樣的納米發(fā)電機是否能在實(shí)驗室之外得到應用。華盛頓大學(xué)機械工程專(zhuān)業(yè)教授Li Jiangyu表示：“他們還需要證明，現實(shí)生活中的機械震動(dòng)能產(chǎn)生能量?！睘榱嗽诂F實(shí)中應用，納米發(fā)電機需要利用提供能量最多的震動(dòng)頻率，而如果納米發(fā)電機只能利用低能量機械震動(dòng)，那么為手機充電花費的時(shí)間將太長(cháng)。王中林表示，他正在與一些企業(yè)討論，開(kāi)發(fā)應用在特定場(chǎng)合的納米發(fā)電機。
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