美国科学家研发出高科技纱线:只需拉伸或扭转就能发电

澎湃新闻记者 王盈颖

2017-08-25 07:18 来源:澎湃新闻

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你有想象过,有一种纱线,只要拉伸或扭转就能发电吗?
现在,有一种名为“Twistron”的纱线就能实现自身发电。科学家设想,它可以被放置在海浪运动或温度波动中来采集能量,转化成电能。
研发出这一发电纱线的是由美国德克萨斯大学达拉斯分校和韩国汉阳大学的科学家领导的美国、韩国、中国三国科研团队。8月25日,相关研究成果发表在《科学》杂志,通讯作者之一为美国德克萨斯大学达拉斯分校纳米科技研究所教授雷·鲍曼(Ray Baughman)。
Twistron纱线
“Twistron”本质上是一种不需要外加电源的电容器,它由很多根碳纳米管纺成,单根碳纳米管是直径为人头发丝直径10000分之一的中空圆柱体。为了提高纱线的弹性,研究人员不断提高纱线的捻度,从而使得纱线呈类似弹簧的螺旋结构。
要想发电,“Twistron”除了自身独特的构造,还需要电解质的帮助,必须浸泡或涂上诸如盐水的离子导电材料。随后,这些电解质中的离子会自动插入到纱线中,当纱线被拉伸或扭转时,纱线上的电荷彼此靠近,电压增高,从而产生电能。
在实验室里,研究人员测试了一根重量小于家蝇的Twistron纱线。结果发现,每次被拉伸后,纱线产生的电能可以点亮一个小型LED。据介绍,卷曲的twistron纱线当以每秒30次的频率拉伸时,可产生250瓦每千克(纱线重量)的峰值电功率。
有趣的是,3年前,雷·鲍曼曾用聚乙烯和尼龙制成聚合物人工肌肉,能举起同样大小天然肌肉100倍的重量。这种聚合物肌肉在受热和冷冻时会收缩和伸长,于是,研究人员将一根Twistron纱线和之相连,测试Twistron是不是能从环境中采集废热。而实验结果表明,Twistron的确可以将人工肌肉的机械能转化为电能。
鲍曼团队对Twistron的应用场景很乐观,它或许可以为电子纺织品供电,也可以放置在海水中,将海浪的机械力采集为电能。
在实验室,研究人员将Twistron缝进了上衣,测试发现,在人体正常呼吸时,随着胸腔的起伏,纱线被拉伸并产生电信号。
“电子纺织品有很好的商业前景,但怎么来为它供电呢?”鲍曼说。“从人体的运动中收获电能是解决电池需求的一个策略。与文献中报道的其他可织布发电纤维相比,单位重量的twistron纱线,能提供高于它们一百倍以上的电功率。”
在海水中的实验也展现了Twistron的应用潜力。在韩国东海岸的海水中,研究人员测试了Twistron在海水中发电的可行性。他们将一根10厘米长、重1毫克的纱线,连接在一只气球和一块静置在海床上的沉子之间。有海浪时,气球会上升,拉伸纱线最高可达25%的伸长率。
鲍曼认为Twistron纱线可从海浪中获取巨大的能量,他说,基于目前实现的平均输出功率,只需要31毫克的Twistron纱线就可以在100米半径范围内,提供每10秒钟传输2千字节数据包所需的电能。但若要投入使用,Twistron的生产成本仍需降低。
责任编辑:王心馨澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> Twistron纱线,自身发电,美国德克萨斯大学达拉斯分校,澎湃,澎湃新闻

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