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导读
背景 一般来说，大多数电子产品都需要依靠电池供电。但是，电池存在续航时间有限、需要反复充电、具有安全隐患等弊端。然而，未来我们或许可以憧憬这样的场景：电子产品将不再需要电池，也无需担心没电。 如何能实现这一目标呢？自供电技术为我们提供了各式各样的方案。其能量来源方式有：人体运动（摩擦电效应、压电效应）、热量（温差电效应）、光线、无线电波等等。 （图片来源：美国化学会） （图片来源：密歇根州立大学） （图片来源：David Kelly Crow） 创新 今天，笔者又要为大家介绍一种利用摩擦电效应的自供电方式。当这种小型金属标签粘贴到人体上时，它可以从简单的人体运动（例如：弯曲手指）中获取能量。 这个创意来源于美国纽约州立大学布法罗分校和中国科学院（CAS）半导体研究所（IoP）的合作研究项目。关于该标签（摩擦电纳米发电机）的论文在线发表于1月31日的《纳米能源》（Nano Energy）杂志。 论文的合著者包括：中国科学院半导体研究所的 Huamin Che 、纽约州立大学布法罗分校的博士生 Nan Zhang 。 （图片来源：《纳米能源》） 技术 在我们日常生活中，摩擦电效应非常普遍，无论是梳头、穿衣还是走路、开车时都会遇到。这是两种不同的物体相互摩擦后，一种物体带正电，另一种物体带负电的现象。日常生活中，大部分的静电都是由于摩擦起电引起的。 这项研究开发出的摩擦电纳米发电机的结构如同三明治一般，外面是两薄层金，中间包含了聚二甲基硅氧烷（也称为PDMS，隐形眼镜、橡皮泥和其他产品中使用的一种硅基聚合物）。 该装置的关键之处在于，其中的一层金是可拉伸的，在释放时它会变皱，形成有点像微型山脉一样结构。当有力量重新施加时，例如手指弯曲，这种运动将导致金层与PDMS之间的摩擦。 论文的另外一位领导作者、中国科学院半导体研究所教授 Yun Xu 博士表示：“这将引起电子在金层之间前后流动。摩擦越多，产生的电力就越多。” 这篇论文描述了一种小型标签（1.5厘米长，1厘米宽）。它可以制造出的最大电压是124伏，最大电压是10微安，最大功率密度是0.22毫瓦每平方厘米。它尚不足以为智能手机进行快速充电，但是可以同时点亮48个LED灯。 价值 为了利用摩擦起电效应，研究人员尝试开发过大量的纳米发电机，但是大部分的纳米发电机都难以制造（需要复杂的光刻工艺）或者成本较高。UB和CAS团队联合开发的这种标签，能同时解决上述两个问题。 未来 Zhang 领导了UB的一个研究生团队，任务就是提高标签的性能。团队计划使用更大片的金，当这种金片拉伸和折叠到一起时，有望产生更多的电力。 研究人员也正在致力于开发一种便携式电池，存储由标签产生的能量。他们憧憬着该系统将作为各种可穿戴和自供电电子装置的一种电源。 关键字
参考资料 【1】http://www./news/releases/2018/02/019.html 【2】Huamin Chen, Lin Bai, Tong Li, Chen Zhao, Jiushuang Zhang, Nan Zhang, Guofeng Song, Qiaoqiang Gan, Yun Xu. Wearable and robust triboelectric nanogenerator based on crumpled gold films. Nano Energy, 2018; 46: 73 DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.01.032 |
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