只要拉伸或扭转一根纱线就能发电?8月25日《科学》杂志上发表了一种能实现自身发电的名为“Twistron”的纱线,研发出这一发电纱线的是来自美国德克萨斯大学达拉斯分校和韩国汉阳大学的科学家,并证实这种纱线可以通过拉伸或扭曲发电,或被放置在海浪或温度波动中来收集能量,转化成电能。
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万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,当卷曲的twistron纱线以每秒30次的频率拉伸时,可产生250W/kg(纱线重量)的峰值电功率。
有趣的是,3年前,通讯作者Ray H. Baughman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。
将机械力转化为电能
Baughman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。
为电子纺织品供电
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。”
采集海浪的机械力转化为电能
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10cm长、重1mg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*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31mg的Twistron纱线就可以在100m半径范围内,提供每10s传输2000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。
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