重大突破:未来只需摩擦就能给手机充电

科技君科技君 2017-5-31 手机 132 0

乔治亚理工的科学家从2012年开始,一直在探索纳米级静电发电机(TENGs)的应用和商业前景。所谓的TENGs简单来讲就是通过摩擦产生静电发电。

据悉,最近,韩国蔚山国立科技研究所(UNIST)的研究团队攻克了一个阻碍TENGs技术广泛应用的技术难关——产出电量低的问题。为了解决这一问题,他们发明了一种新型聚合物作为电介质材料。

电介质本身是一种绝缘体,但当给它接入电场时会发生极化。存在外在电场是,电介质会发生极化和去极化,实现充/放电的功能。

图片来源:蔚山国立科技研究所(Ulsan National Institute of Science and Technology)

TENGs设备本身是由两种可以互相摩擦的不同材料组成,通过摩擦,像玻璃、尼龙这样的材料可以放出电子,而像硅、特氟龙这样的材料正好吸收电子。TENGs将摩擦产生的机械能转化成电能,可以为小型电子设备提供电力。

UNIST的研究者们在研究TENGs设备时发现,虽然它的特性很有用,但是摩擦发电的方式有一些缺陷。比如摩擦中材料无法均匀接触,摩擦导致材料磨损严重,静电对潮湿环境十分敏感,电力输出时损耗较大。所以,这个韩国研发团队最初将研究重点放在提升电量输出方面,但是,在研发的过程中,他们可能解决了一些与TENGs相关的环境问题。

他们在Science Advances上发表的设备与乔治亚理工的研究很相似。但是,UNIST发明的新型聚合物电介质能够从电极中吸取更多电量,输出电力也更多。

UNIST的一位研究者,也是论文的共同作者Jeong Min Baik在IEEE Spectrum的邮件采访中说道:“为了提升输出电量,我们尝试发明新的聚合物作为更有效的电介质,研发出了新的设备结构来减少内部电量损耗。作为一个材料科学家,我认为合成最佳的聚合物作为有效的电介质是非常重要的。”

这种新型聚合物的电容率(用来测量材料在电场中存储电量能力)几乎是原有材料的两倍。在电容率上面的增长也使得其电荷密度比其他纳米发电机多出一倍。另外,当研究者将偶极方向对准薄膜时,材料的电荷接受特性大幅提高,电量输出提升了20倍。

Baik和他的同事相信,输出电电力的大幅提升可以使TENGs技术更好的适用于充电设备中。

Baik说:“这项工作的最终目标是为智能手表和手机电池充电。我认为这是可以实现的,但是还需要一段时间。目前最接近的目标是应用于基于摩擦静电的自发电物理传感器。在解决了一些例如稳定(已解决)的问题后,最终产品将投入使用。”

Baik的下一步工作是利用升级的聚合物TENGs为智能手表充电1%。他说到:“为了实现这个步骤,我将会设计一种新的电介质层,并对聚合材料再次进行整合。”

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