納米級發(fā)電機：用摩擦和靜電為手機充電

摩擦起電是眾所周知的物理現(xiàn)象，那么有沒有想過利用摩擦產(chǎn)生的電能給手機充電？一種由廉價材料制造的納米發(fā)電機或許將實現(xiàn)這一功能。

佐治亞理工學院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一款原型產(chǎn)品，能利用運動，例如手機在口袋中的晃動，產(chǎn)生的靜電給手機電池充電。這是業(yè)界首次實現(xiàn)利用這樣的電能給個人電子設備充電。

納米級發(fā)電機：用摩擦和靜電來獲得電能。

從理論上講，人們行走，甚至呼吸產(chǎn)生的能量都可以給植入體內(nèi)的醫(yī)療設備，或其他電子產(chǎn)品充電。然而，如何利用這種小幅運動產(chǎn)生的能量則存在挑戰(zhàn)。

佐治亞理工材料科學專業(yè)教授王中林在過去多年中一直從事這一領域的研究，并主要專注于壓電材料。通過采用納米技術來制造壓電材料，王中林和同事放大了壓電效應。不過到目前為止，基于壓電效應的納米發(fā)電機還沒有產(chǎn)生較大的電力輸出。

王中林的小組發(fā)現(xiàn)，一種不同的方式可能更有前景：靜電和摩擦。在干燥的天氣使用塑料梳子梳頭就很容易產(chǎn)生靜電。研究人員證明，使用一片聚對苯二甲酸乙二醇酯材料和一片金屬材料，這種靜電充電現(xiàn)象，或稱作“摩擦起電”效應，能產(chǎn)生足夠的能量。當彎曲時，兩片薄膜之間將產(chǎn)生電流，從而實現(xiàn)充電。而如果采用納米技術來制造兩種表面，那么有效面積將更大，從而提供更強的摩擦和更多的電能。

佐治亞理工學院發(fā)明的這種納米發(fā)電機能將機械運動能量的10%至15%轉(zhuǎn)換為電能，而更薄的材料轉(zhuǎn)換率甚至可以達到40%。指甲蓋大小的摩擦電納米材料在彎曲時能產(chǎn)生8毫瓦電力，足以驅(qū)動心臟起搏器。而一塊5x5厘米的材料能同時點亮600盞LED燈泡，或是為商用手機的電池充電。王中林的小組已經(jīng)在《Nano Letters》期刊上發(fā)表了研究成果。

王中林表示：“材料的選擇很多，設備的制造也很容易?！庇屑s50種普通塑料、金屬和其他材料在配對時都可以產(chǎn)生同樣的效果。

弗吉尼亞理工學院能源利用材料與系統(tǒng)中心主管Shashank Priya表示：“這一設備產(chǎn)生的能量密度很高?！彼赋?，其他智能材料還無法產(chǎn)生可實際應用的足夠能量。

目前還不清楚這樣的納米發(fā)電機是否能在實驗室之外得到應用。華盛頓大學機械工程專業(yè)教授Li Jiangyu表示：“他們還需要證明，現(xiàn)實生活中的機械震動能產(chǎn)生能量?！睘榱嗽诂F(xiàn)實中應用，納米發(fā)電機需要利用提供能量最多的震動頻率，而如果納米發(fā)電機只能利用低能量機械震動，那么為手機充電花費的時間將太長。王中林表示，他正在與一些企業(yè)討論，開發(fā)應用在特定場合的納米發(fā)電機。