科學家發明柔性發電機 走幾步路就能產生電能

可穿戴設備在現實生活中越來越普及，人們在使用它們的過程中會面臨一個問題，那就是可穿戴設備的電源供應。現在的很多可穿戴設備在使用過程中都需要不斷的更換電池，給用戶帶來了不便。

其實，從普通的運動中獲取能量（比如走路）並不是神秘新鮮的概念，如果類似走路的常見運動能為可穿戴設備提供電能，那對用戶來說將是一件非常「開心」的事情。

最近，來自萊斯大學的科學家發明了一種新型材料，讓這一想法變成了可能。

化學家詹姆斯·圖爾的萊斯的實驗室里已經將激光誘導石墨烯(LIG)改造成小型的無金屬發電設備。原理就跟在頭髮上摩擦氣球類似，LIG複合材料與其他物體表面接觸會產生靜電，然後將電荷儲存起來就可以用來給可穿戴設備供電。

這項研究的成功，要感謝摩擦起電效應，通過摩擦能夠產生電荷，材料通過接觸收集電荷。當它們被儲存在一起，然後當材料又被拉開時，表面電荷就會積聚起來，從而產生髮電機的效果。

在實驗中，研究人員將一條摺疊的LIG帶連接到一串發光二極體上。他們發現通過輕輕敲打LIG帶就會產生足以點亮發光二極體的電能。嵌入的觸發器中有一塊更大的LIG，能讓佩戴者每走一步都能產生能量。其工作原理是，石墨烯的複合材料與皮膚的反覆接觸會產生一個電流，這個電流為一個小電容充電，就達到了儲存電能的目的。當電容放電時，就能點亮發光二極體。

圖爾說：這可能是一種給小型設備充電的好方法，只需在行走過程中利用腳後跟撞擊的多餘能量，或者藉助軀幹擺動手臂的普通動作，都可以產生電能。

LIG是一種石墨烯泡沫，當化學物質在聚合物或其他材料的表面被激光加熱時就會產生，只留下相互連接的二維碳薄片。實驗室在普通聚醯亞胺上製造LIG，同時這項技術還可以擴展到植物、食品、處理過的紙張和木材之上。

該實驗室將聚醯亞胺、軟木和其他材料製成LIG電極，然後觀察它們產生能量和抗磨損的能力。他們從LIG和聚醯亞胺複合材料中獲得了最好的結果，這量化了他們通過摩擦起電產生靜態電荷的能力。

在摺疊結構中，負極聚醯亞胺的LIG噴塗有聚氨酯保護塗層，該塗層也用作摩擦正極材料。當電極放在一起時，電子從聚氨酯轉移到聚醯亞胺上。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LIG產生約1千伏的電壓，並在經過5000次摺疊循環後保持穩定。

實驗中，研究人員反覆撞擊摺疊摩擦發電機所產生的能量足以為一串相連的發光二極體供電。這充分顯示了基於激光誘導石墨烯材料的發電機的發電能力。

論文的主要作者、賴斯博士後研究員邁克爾·斯坦福說：聚醯亞胺 LIG的複合材料和鋁電極的最佳配置能產生超過3.5千伏的電壓，峰值功率超過8毫瓦。嵌入觸發器中的納米發電機在步行1公里後，能夠在電容器上儲存0.22毫焦耳的電能。這種能量儲存速度足以為人體運動的可穿戴感測器和電子設備提供動力。

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