新型薄膜制成的“半永動(dòng)機(jī)”問(wèn)世

日本理化研究所宣布，該所相田卓三教授聯(lián)合東京大學(xué)的同行日前開(kāi)發(fā)出以環(huán)境中濕度波動(dòng)為能源的半永久性驅(qū)動(dòng)薄膜傳動(dòng)器。

為實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展，科學(xué)家們正在大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)光、風(fēng)力、地?zé)岬忍娲茉吹淖匀荒茉崔D(zhuǎn)換和儲(chǔ)存技術(shù)。但對(duì)移動(dòng)設(shè)備和可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)出不需插座充電且輕量小巧的動(dòng)力源極為重要。為實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)力源，需要開(kāi)發(fā)出使用者身邊的能量收集技術(shù)。

研究小組發(fā)表在《自然—材料》網(wǎng)絡(luò)版的報(bào)告稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)的薄膜傳動(dòng)器能感知微小濕度變化并半永久性工作。這種薄膜能夠根據(jù)水分吸收量的變化伸縮，感應(yīng)濕度變化。此次開(kāi)發(fā)的薄膜能利用很小的濕度變化做出大且高速的伸縮運(yùn)動(dòng)，能感知一般濕度計(jì)無(wú)法探測(cè)的微小濕度變化，從而將局部濕度變化高效轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。這種薄膜甚至能將影響水分吸收的光和熱等環(huán)境波動(dòng)轉(zhuǎn)化為能量。

雖然此前有報(bào)告開(kāi)發(fā)出濕度應(yīng)答材料，但其屈伸反應(yīng)慢，且需要非常高的濕度條件，在通常環(huán)境下無(wú)法轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。研究小組使用了不吸收水分的高分子材料薄膜，但在材料部分設(shè)計(jì)有吸水結(jié)構(gòu)。在制作薄膜時(shí)，讓高分子適當(dāng)排列，實(shí)現(xiàn)了吸收極少水分即可做大尺度伸縮運(yùn)動(dòng)。研究小組將一部分薄膜鍍金，用水滴周?chē)l(fā)生的濕度波動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)力，成功開(kāi)發(fā)出單方向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)器。薄膜可高速應(yīng)答環(huán)境變化，在強(qiáng)光照射時(shí)高速伸縮、跳躍。

該成果對(duì)能量收集技術(shù)、能量轉(zhuǎn)化材料的設(shè)計(jì)具有重要意義。由于實(shí)現(xiàn)了薄膜運(yùn)動(dòng)能高效轉(zhuǎn)化電能，具有實(shí)際利用價(jià)值。