美國科學(xué)家研發(fā)出高科技紗線：只需拉伸或扭轉(zhuǎn)就能發(fā)電

你有想象過，有一種紗線，只要拉伸或扭轉(zhuǎn)就能發(fā)電嗎?

現(xiàn)在，有一種名為“Twistron”的紗線就能實(shí)現(xiàn)自身發(fā)電。科學(xué)家設(shè)想，它可以被放置在海浪運(yùn)動(dòng)或溫度波動(dòng)中來采集能量，轉(zhuǎn)化成電能。

研發(fā)出這一發(fā)電紗線的是由美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校和韓國漢陽大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的美國、韓國、中國三國科研團(tuán)隊(duì)。8月25日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志，通訊作者之一為美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼(Ray Baughman)。

 

Twistron紗線

“Twistron”本質(zhì)上是一種不需要外加電源的電容器，它由很多根碳納米管紡成，單根碳納米管是直徑為人頭發(fā)絲直徑10000分之一的中空圓柱體。為了提高紗線的彈性，研究人員不斷提高紗線的捻度，從而使得紗線呈類似彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)。

要想發(fā)電，“Twistron”除了自身獨(dú)特的構(gòu)造，還需要電解質(zhì)的幫助，必須浸泡或涂上諸如鹽水的離子導(dǎo)電材料。隨后，這些電解質(zhì)中的離子會自動(dòng)插入到紗線中，當(dāng)紗線被拉伸或扭轉(zhuǎn)時(shí)，紗線上的電荷彼此靠近，電壓增高，從而產(chǎn)生電能。

在實(shí)驗(yàn)室里，研究人員測試了一根重量小于家蠅的Twistron紗線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每次被拉伸后，紗線產(chǎn)生的電能可以點(diǎn)亮一個(gè)小型LED。據(jù)介紹，卷曲的twistron紗線當(dāng)以每秒30次的頻率拉伸時(shí)，可產(chǎn)生250瓦每千克(紗線重量)的峰值電功率。

有趣的是，3年前，雷·鮑曼曾用聚乙烯和尼龍制成聚合物人工肌肉，能舉起同樣大小天然肌肉100倍的重量。這種聚合物肌肉在受熱和冷凍時(shí)會收縮和伸長，于是，研究人員將一根Twistron紗線和之相連，測試Twistron是不是能從環(huán)境中采集廢熱。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Twistron的確可以將人工肌肉的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

鮑曼團(tuán)隊(duì)對Twistron的應(yīng)用場景很樂觀，它或許可以為電子紡織品供電，也可以放置在海水中，將海浪的機(jī)械力采集為電能。

在實(shí)驗(yàn)室，研究人員將Twistron縫進(jìn)了上衣，測試發(fā)現(xiàn)，在人體正常呼吸時(shí)，隨著胸腔的起伏，紗線被拉伸并產(chǎn)生電信號。

“電子紡織品有很好的商業(yè)前景，但怎么來為它供電呢?”鮑曼說。“從人體的運(yùn)動(dòng)中收獲電能是解決電池需求的一個(gè)策略。與文獻(xiàn)中報(bào)道的其他可織布發(fā)電纖維相比，單位重量的twistron紗線，能提供高于它們一百倍以上的電功率。”

在海水中的實(shí)驗(yàn)也展現(xiàn)了Twistron的應(yīng)用潛力。在韓國東海岸的海水中，研究人員測試了Twistron在海水中發(fā)電的可行性。他們將一根10厘米長、重1毫克的紗線，連接在一只氣球和一塊靜置在海床上的沉子之間。有海浪時(shí)，氣球會上升，拉伸紗線最高可達(dá)25%的伸長率。

鮑曼認(rèn)為Twistron紗線可從海浪中獲取巨大的能量，他說，基于目前實(shí)現(xiàn)的平均輸出功率，只需要31毫克的Twistron紗線就可以在100米半徑范圍內(nèi)，提供每10秒鐘傳輸2千字節(jié)數(shù)據(jù)包所需的電能。但若要投入使用，Twistron的生產(chǎn)成本仍需降低。