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新材料使摩擦产生的电能提升400倍,并可回收

2023-01-29 15:39:36 墨尔本大学 阅读:
研发团队的研究表明,新材料摩擦中产生的电能比以前从这些材料中产生的电能多 400 倍左右。由于我们总是可以通过使用更细的纤维来引入更多的接口,因此这种类型的能源生产具有很强的可扩展性。

自古希腊以来,人类就知道如果将两个物体接触,就会产生少量的电。例如我们可以用头发摩擦气球将其粘在天花板上。5q6ednc

墨尔本大学研发团队在Small杂志上发表了针对摩擦省电收集与应用的新研究,该研究发现了如何在材料中非常微小的纤维层之间制造最佳能量产生。5q6ednc

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每根细小的纤维都比人的头发细约 100 倍。它们由具有相同单元的重复链的聚合物组成。在这种情况下,研发团队使用了聚合物乙烯-醋酸乙烯酯(除其他用途外,它使跑鞋具有“弹性”)和聚乳酸——恰好来自运动后引起肌肉痉挛的相同酸。5q6ednc

研发团队以一种非常特殊的方式将两种不同类型的纤维交替成层,以制造“层压板”。这些层压板由许多堆叠的微观层组成,每个层压板贴片由数万根纤维组成。5q6ednc

只要纤维层周围有任何运动,每层之间的摩擦就会产生电能。5q6ednc

研发团队改变了这些纤维层的大小和质地,并以非常特殊的方式对它们进行排序,以优化摩擦和接触带电,并最终产生最大电荷。5q6ednc

研发团队的研究表明,通过使用这种顺序,可以从运动中产生的电能比以前从这些材料中产生的电能多 400 倍左右。由于我们总是可以通过使用更细的纤维来引入更多的接口,因此这种类型的能源生产具有很强的可扩展性。5q6ednc

这在有大量运动的地方具有令人兴奋的潜在应用,但现在它的规模非常小——例如,利用人体运动为智能手表供电或为起搏器等植入式设备充电。5q6ednc

例如,在生物医学领域,有可能从流经动脉或静脉的血液中获取能量,以保持胰岛素泵运行更长时间。5q6ednc

这种能力在传感领域也非常强大,特别是如果需要测量来自环境的非常小的振动,例如监测轻微的地震活动或水流变化,或者为您不在的偏远地区的传感器供电多晒太阳。5q6ednc

在这些情况下,我们不能使用太阳能电池或轻易更换电池。能够仅从地面的振动中收集能量以保持互联网和其他关键基础设施的正常运行具有巨大的潜力。5q6ednc

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这种发电层压板的发电量是其他材料的400倍。图片来源:墨尔本大学5q6ednc

据墨尔本大学介绍,该研究是与拉脱维亚里加技术大学的 Andris Sutka 教授合作完成的,使用一种称为静电纺丝的工艺来制造聚合物纤维。通过调整静电纺丝工具,他们能够调整纺出的聚合物及其厚度。5q6ednc

该研究的挑战之一是排序和控制聚合物层如何相互作用。控制每根纤维相对于另一根纤维的振动方式非常棘手,如果顺序错误,产生的电能就会抵消。5q6ednc

另一个挑战是聚合物非常柔软,很容易变形。因此,当研发团队试图查看材料内部以评估结构时,它们可能会熔化或破裂。这使得对材料进行表征变得困难,并且创建这些微型聚合物层压板的过程非常缓慢。5q6ednc

古老问题的现代解决方案

尽管存在这些挑战,但自古希腊人首次了解电荷以来,我们已经取得了长足的进步。5q6ednc

研发团队过去三年的研究着眼于塑料以及如何控制化学影响电荷。5q6ednc

目前研发团队只研究了数百种塑料中的两种,未来将研究更多。5q6ednc

产生的能量更有可能在其源头得到利用,因此在传输过程中不会损失这种微小但宝贵的能量。在声能收集方面也有潜在的应用——从人们的谈话和振动中收集能量。5q6ednc

这一发现的变革潜力令人兴奋,尽管还需要几年时间,因为我们会更多地了解如何利用小运动的能量来推动大进步。5q6ednc

Demi Xia编译5q6ednc

责编:Demi
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