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摆脱移动电源 纳米发电机为手机随时充电

2013-05-03 10:14
月城清浅
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  移动互联网开启了人们对于智能手机的全新体验时代,现如今,手机不再是通信工具,而成为集合娱乐、社交、通信以及定位等多种功能的多媒体终端。但是,大容量的互联网业务和24小时联网在线也耗费了手机电池中绝大部分的电量。

  在手机配件市场中,诸如移动电源、电小二等手机配套设备随即走俏,而那些智能终端的衷爱者们必须每天将各种充电器、移动电源带在身上。

  试想,有朝一日,人们也许可以利用摩擦生电的现象来给个人电子产品充电。也就是说,放在衣兜里面的手机将通过人活动时所引发的位置移动的摩擦生电方式为自身充电。这一技术设想能否实现?

  近日,据国外媒体报道,利用廉价材料制成的纳米发电机将可以产生机械能源,并生产出足够的电能为个人电子产品充电。

  行走坐卧都能供电

  位于美国的乔治亚州技术学院的研究员已经研制出一种设备,可以利用静电将动能转化为电能,给手机电池充电。目前这种技术在行业内尚属首创。

  从理论上来说,人们在行走坐卧甚至呼吸时所产生的多余能量都可以用来为植入体内的医学设备和其他电子产品供电。然而,利用手机在口袋中小幅度运动产生电能却一直是个难题。

  乔治亚州技术学院的材料科学教授王忠林(音译)多年来就一直在研究这个课题,他研究的对象主要是能够在机械压力下产生电压的压电材料。 王教授和其他研究人员利用纳米级材料结构放大了压电效应。但到目前为止,压电式纳米发电机还不能产生非常显著的发电量。

  摩擦静电效应最大化

  现在,王教授带领其研发团队正在试图通过另外一种不同的方法来解决发电量不足的问题,即静电和摩擦。

  王教授科研队伍下的研究员们表示,根据摩擦产生静电的原理即摩电效应,他们可以利用一种名为聚对苯二甲酸乙二醇酯的塑料和金属来产生电能。当这些材料制成的薄膜彼此接触时,它们就会产生电荷。 当这两种材料制成的薄膜缠绕在一起时,它们之间就会产生电流,然后给电池充电。如果能够将这两种不同材料的表面制成纳米级结构的图案,那么就会增加其接触的表面积和两种材料之间的摩擦量,摩电效应就会被放大,其所能产生的电能也就更大,进而达到为电池充电的最低要求。

  王教授表示,乔治亚州技术学院研制的纳米发电机目前已经可以将10%到15%的机械运动能转化为电能,如果可以将那些发电材料制作得更薄一些,应该可以将转换率提高到40%。

  比如,一块指甲大小的摩电材料在弯曲时可以产生8毫瓦的电能,足以支持一个心脏起搏器的运转;一块5厘米见方的摩电材料在弯曲时产生的电能可以点亮600盏LED灯或给一块锂电池充电。目前,王教授领导的研究团队已经在网上公布了这些研究成果。

  王教授说:“可供选择的材料很多,纳米发电机设备也很容易制造。”该研究团队可以将50多种普通的塑料、金属和其他材料进行配对,以此来生产这种纳米级的发电设备。

  商用性有待考证

  纳米级发电技术的创新性迅速引发了材料和能源界诸多专家学者的高度重视,同时也对该设备的商用性和实验室外的工作表现表示了担忧。

  对于这一新技术,弗吉尼亚州技术学院的能源采集材料与系统研究中心的主任沙先科普里亚(Shashank Priya)表示:“这种发电方法产生的功率密度给我留下了深刻的印象。”他说,其他材料还从未产生过能够用于实际应用的足够电能。

  目前还不确定这种新型纳米发电机能否在实验室以外的环境工作。

  来自西雅图的华盛顿大学的机械工程学教授李江宇(音译)称:“他们需要在现实应用中展示出这种发电方法也能利用机械运动产生电能。”

  如果希望新研发的这类纳米发电设备能够应用于日常生活中,就意味着发电设备必须捕捉到能够提供足够电能的振动频率。这对该款纳米发电机的商用进程至关重要。普里亚指出,如果纳米发电机只能捕捉到低能量的机械振动,那么利用它产生的电能给手机充电时就需要很长的时间。(原文节选自OFweek电子工程网)

  “目前纳米发电机已经可以将10%到15%的机械运动能转化为电能,如果可以将那些发电材料制作得更薄一些,应该可以将转换率提高到40%。”

  ——纳米发电机发明人,来自美国乔治亚州技术学院的材料科学教授 王忠林(音译)

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