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這根高科技紗線:只需拉伸或扭轉就能發電

2017年08月28日 11:33   來源:深圳市新能源行業協會

  你有想象過,有一種紗線,只要拉伸或扭轉就能發電嗎?現在,有一種名為“Twistron”的紗線就能實現自身發電??茖W家設想,它可以被放置在海浪運動或溫度波動中來采集能量,轉化成電能。研發出這一發電紗線的是來自美國德克薩斯大學達拉斯分校和韓國漢陽大學的科學家。8月25日,相關研究成果發表在《科學》雜志,通訊作者為美國德克薩斯大學達拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼(Ray Baughman)。


Twistron紗線

  “Twistron”本質上是一種不需要外加電源的電容器,它由很多根碳納米管紡成,單根碳納米管是直徑為人頭發絲直徑10000分之一的中空圓柱體。為了提高紗線的彈性,研究人員不斷提高紗線的捻度,從而使得紗線呈類似彈簧的螺旋結構。

  要想發電,“Twistron”除了自身獨特的構造,還需要電解質的幫助,必須浸泡或涂上諸如鹽水的離子導電材料。隨后,這些電解質中的離子會自動插入到紗線中,當紗線被拉伸或扭轉時,紗線上的電荷彼此靠近,電壓增高,從而產生電能。

  在實驗室里,研究人員測試了一根重量小于家蠅的Twistron紗線。結果發現,每次被拉伸后,紗線產生的電能可以點亮一個小型LED。據介紹,卷曲的twistron紗線當以每秒30次的頻率拉伸時,可產生250瓦每千克(紗線重量)的峰值電功率。

  有趣的是,3年前,雷·鮑曼曾用聚乙烯和尼龍制成聚合物人工肌肉,能舉起同樣大小天然肌肉100倍的重量。這種聚合物肌肉在受熱和冷凍時會收縮和伸長,于是,研究人員將一根Twistron紗線和之相連,測試Twistron是不是能從環境中采集廢熱。而實驗結果表明,Twistron的確可以將人工肌肉的機械能轉化為電能。

  鮑曼團隊對Twistron的應用場景很樂觀,它或許可以為電子紡織品供電,也可以放置在海水中,將海浪的機械力采集為電能。

  在實驗室,研究人員將Twistron縫進了上衣,測試發現,在人體正常呼吸時,隨著胸腔的起伏,紗線被拉伸并產生電信號。

  “電子紡織品有很好的商業前景,但怎么來為它供電呢?”鮑曼說。“從人體的運動中收獲電能是解決電池需求的一個策略。與文獻中報道的其他可織布發電纖維相比,單位重量的twistron紗線,能提供高于它們一百倍以上的電功率。”

  在海水中的實驗也展現了Twistron的應用潛力。在韓國東海岸的海水中,研究人員測試了Twistron在海水中發電的可行性。他們將一根10厘米長、重1毫克的紗線,連接在一只氣球和一塊靜置在海床上的沉子之間。有海浪時,氣球會上升,拉伸紗線最高可達25%的伸長率。

  鮑曼認為Twistron紗線可從海浪中獲取巨大的能量,他說,基于目前實現的平均輸出功率,只需要31毫克的Twistron紗線就可以在100米半徑范圍內,提供每10秒鐘傳輸2千字節數據包所需的電能。但若要投入使用,Twistron的生產成本仍需降低。

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