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王中林《ACS Nano》再獻(xiàn)神作:看著像剪紙玩具,卻是小巧的自動發(fā)電神器

來源:化學(xué)加      2017-04-19
導(dǎo)讀:對于現(xiàn)代的電子設(shè)備,開發(fā)便攜、輕量化的充電裝置已經(jīng)成為了重要的課題。中科院國家納米科學(xué)中心的王中林教授研究團(tuán)隊(duì)利用他們開發(fā)的“摩擦納米發(fā)電”(TENG)技術(shù)成功研制出一種小巧的發(fā)電器件,甚至可以放置于錢包之中,它可以收集普通的機(jī)械能,轉(zhuǎn)化為電能,進(jìn)而可以驅(qū)動小型電子設(shè)備。

對于重度手機(jī)依賴者,最要命的事可能就是手機(jī)沒電。連上充電器的瞬間,宛如生命重生,靈魂重獲自由。如今很多電子設(shè)備小巧便攜,可充電設(shè)備依舊不便攜,沒電的時候還是要乖乖找個插座來充電。中國科學(xué)院納米能源與系統(tǒng)所首席科學(xué)家、佐治亞理工學(xué)院教授王中林院士團(tuán)隊(duì)提出一種小巧的基于紙張的納米摩擦發(fā)電機(jī),利用機(jī)械能發(fā)電,驅(qū)動隨身的電子產(chǎn)品。相關(guān)研究成果發(fā)表在頂級納米科學(xué)雜志《ACS Nano》。

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這種發(fā)電機(jī)的原理是基于該課題組近幾年來發(fā)展的摩擦納米發(fā)電技術(shù)(英文簡稱為TENG)。熟悉該課題組的小伙伴知道,該課題組已經(jīng)將TENG應(yīng)用于方方面面,如生物醫(yī)療、新型能源、可穿戴設(shè)備等,并且基于此技術(shù)發(fā)表的優(yōu)秀研究成果不勝枚舉。簡單地來說,這種技術(shù)就是小學(xué)課本中“摩擦發(fā)電”的進(jìn)階版,摩擦可以來自生產(chǎn)生活中的多種機(jī)械能形式。這一次,研究人員們則將材料優(yōu)化,形式改進(jìn),研發(fā)出了小巧而又輕質(zhì)的發(fā)電器件。

發(fā)電器件的兩個基本組成元件為發(fā)電裝置紙基摩擦納米發(fā)電機(jī)(PC-TENG)和儲電裝置紙基超級電容器(P-SC)。之所以使用紙張作為基本的材料,就是為了獲得輕質(zhì)。而為了進(jìn)一步獲得更好的電輸出性能,研究者在這些基本元件上裁剪出槽位,彼此拼扣得到一個外觀為菱形的小型發(fā)電裝置(研究者稱之為PC-SCPU),甚至可以裝于錢包內(nèi)。值得一提的是,這種基于紙張的發(fā)電機(jī)比起以往研發(fā)出的亞克力基發(fā)電機(jī)在充電性能上更佳。

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(a&c:P-SC和PC-TENG的制作基本流程;b:發(fā)電器件結(jié)構(gòu)示意圖)

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(PC-TENG發(fā)電原理)

當(dāng)受到機(jī)械力后,PC-SCPU可以將電能儲存在其電容器裝置內(nèi),連接好外部回路后,電能可以輸出。研究者就將PC-SCPU放置于錢包內(nèi)隨身攜帶,利用自然活動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并存儲,隨后發(fā)現(xiàn),PC-SCPU存儲的電能足以驅(qū)動小型電子設(shè)備,如電子表、車用電子遙控器等。

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(PC-SCPU可置于錢包中,并驅(qū)動小型電子設(shè)備)

總體而言,這項(xiàng)發(fā)明展現(xiàn)出TENG技術(shù)前景之光明,下一步需要解決使用壽命等實(shí)際性問題。也許未來的某一天,我們在旅途中再也不為手機(jī)電池耗盡而憂心,因?yàn)門ENG技術(shù),能讓你的所有動作都“來電”!

參考文獻(xiàn)

Guo, H.; Yeh, M.-H.; Zi, Y.; Wen, Z.; Chen, J.; Liu, G.; Hu, C.; Wang, Z. L., Ultralight Cut-Paper-Based Self-Charging Power Unit for Self-Powered Portable Electronic and Medical Systems. ACS Nano 2017.DOI: 10.1021/acsnano.7b00866


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