從運動中獲取能量的可穿戴設備並不是一個新想法，但萊斯大學發明的一種材料可能會使它們更實用。化學家詹姆斯·圖爾的萊斯實驗室已經將激光誘導石墨烯(LIG)應用於小型、無金屬的發電設備。就像在頭髮上摩擦氣球一樣，將LIG複合材料與其他表面接觸會產生靜電，這些靜電可以用來驅動設備。這要感謝摩擦電效應，它使材料通過接觸聚集電荷。
當它們被放在一起然後分開時，表面電荷就會累積起來，這些電荷就會被引導到發電中去。在實驗中，研究人員將一條摺疊的LIG條帶與一串發光二極管連接起來，發現輕敲該條帶產生的能量足以讓它們閃光。一塊更大的LIG嵌在觸發器中，穿戴者每走一步都能產生能量，因為石墨烯複合材料與皮膚的反覆接觸會產生電流，為一個小電容充電。
- 電子顯微鏡下圖像顯示了由激光誘導的石墨烯和聚酰亞胺複合材料的橫截面，該複合材料是萊斯大學制造的，用於摩擦電納米發電機。圖片：Tour Group/Rice University
這可能是一種為小型設備充電的方法，只需要利用走路時腳後跟撞擊的多餘能量，或者手臂擺動撞擊軀幹的多餘能量。美國化學學會期刊《ACS Nano》詳細介紹了該項目。LIG是一種石墨烯泡沫，當化學物質在聚合物或其他材料表面用激光加熱時，只留下相互連接的二維碳薄片。該實驗室首先在普通聚酰亞胺上製備了LIG，但將該技術擴展到植物、食品、處理過的紙張和木材上。該實驗室將聚酰亞胺、軟木和其他材料製成LIG電極。
（博科園-圖示）萊斯大學博士後研究員邁克爾·斯坦福(Michael Stanford)拿著一個觸發器，鞋跟上綁著一個基於激光誘導石墨烯摩擦電納米發電機。使用觸發器行走時，發電機與佩戴者的皮膚不斷接觸，從而產生電能。圖片：Jeff Fitlow/Rice University
觀察它們產生能量的能力，以及抗磨損能力。從摩擦電系列兩端的材料中得到了最好的結果，摩擦電系列量化了通過接觸帶電產生靜電荷的能力。在摺疊結構中，從摩擦負聚酰亞胺的LIG噴上聚氨酯保護塗層，也作為摩擦正材料。當電極放在一起時，電子從聚氨酯轉移到聚酰亞胺。隨後的接觸和分離驅動電荷，這些電荷可以通過外部電路存儲，以重新平衡累積的靜電荷。摺疊的LIG產生了大約1千伏電壓，經過5000次彎曲循環後仍然保持穩定。
最好的配置是使用聚酰亞胺- lig複合材料和鋁電極，產生3.5千伏特以上電壓，峰值功率超過8毫瓦。該論文第一作者、萊斯大學博士後研究員邁克爾·斯坦福說：嵌入觸發器中的納米發電機能夠在步行1公里後將0.22毫焦的電能存儲在電容器上。這種能量存儲速度足以為可穿戴傳感器和電子設備提供人類活動所需的能量。
博科園｜研究/來自： 萊斯大學參考期刊《ACS Nano》DOI: 10.1021/acsnano.9b02596博科園｜科學、科技、科研、科普
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