擺脫移動電源納米發(fā)電機為手機隨時充電

編輯整理 | 張鵬

一塊指甲大小的摩電材料在彎曲時可以產(chǎn)生8毫瓦的電能，足以支持一個心臟起搏器的運轉(zhuǎn)；一塊5厘米見方的摩電材料在彎曲時產(chǎn)生的電能可以點亮600盞LED燈或給一塊鋰電池充電。

“目前納米發(fā)電機已經(jīng)可以將10%到15%的機械運動能轉(zhuǎn)化為電能，如果可以將那些發(fā)電材料制作得更薄一些，應(yīng)該可以將轉(zhuǎn)換率提高到40%。”

——納米發(fā)電機發(fā)明人，來自美國喬治亞州技術(shù)學院的材料科學教授王忠林（音譯）

快回家充電！

移動互聯(lián)網(wǎng)開啟了人們對于智能手機的全新體驗時代，現(xiàn)如今，手機不再是通信工具，而成為集合娛樂、社交、通信以及定位等多種功能的多媒體終端。但是，大容量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和24小時聯(lián)網(wǎng)在線也耗費了手機電池中絕大部分的電量。

在手機配件市場中，諸如移動電源、電小二等手機配套設(shè)備隨即走俏，而那些智能終端的衷愛者們必須每天將各種充電器、移動電源帶在身上。

試想，有朝一日，人們也許可以利用摩擦生電的現(xiàn)象來給個人電子產(chǎn)品充電。也就是說，放在衣兜里面的手機將通過人活動時所引發(fā)的位置移動的摩擦生電方式為自身充電。這一技術(shù)設(shè)想能否實現(xiàn)？

近日，據(jù)國外媒體報道，利用廉價材料制成的納米發(fā)電機將可以產(chǎn)生機械能源，并生產(chǎn)出足夠的電能為個人電子產(chǎn)品充電。

行走坐臥都能供電

位于美國的喬治亞州技術(shù)學院的研究員已經(jīng)研制出一種設(shè)備，可以利用靜電將動能轉(zhuǎn)化為電能，給手機電池充電。目前這種技術(shù)在行業(yè)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。

從理論上來說，人們在行走坐臥甚至呼吸時所產(chǎn)生的多余能量都可以用來為植入體內(nèi)的醫(yī)學設(shè)備和其他電子產(chǎn)品供電。然而，利用手機在口袋中小幅度運動產(chǎn)生電能卻一直是個難題。

喬治亞州技術(shù)學院的材料科學教授王忠林（音譯）多年來就一直在研究這個課題，他研究的對象主要是能夠在機械壓力下產(chǎn)生電壓的壓電材料。 王教授和其他研究人員利用納米級材料結(jié)構(gòu)放大了壓電效應(yīng)。但到目前為止，壓電式納米發(fā)電機還不能產(chǎn)生非常顯著的發(fā)電量。

摩擦靜電效應(yīng)最大化

現(xiàn)在，王教授帶領(lǐng)其研發(fā)團隊正在試圖通過另外一種不同的方法來解決發(fā)電量不足的問題，即靜電和摩擦。

王教授科研隊伍下的研究員們表示，根據(jù)摩擦產(chǎn)生靜電的原理即摩電效應(yīng)，他們可以利用一種名為聚對苯二甲酸乙二醇酯的塑料和金屬來產(chǎn)生電能。當這些材料制成的薄膜彼此接觸時，它們就會產(chǎn)生電荷。 當這兩種材料制成的薄膜纏繞在一起時，它們之間就會產(chǎn)生電流，然后給電池充電。如果能夠?qū)⑦@兩種不同材料的表面制成納米級結(jié)構(gòu)的圖案，那么就會增加其接觸的表面積和兩種材料之間的摩擦量，摩電效應(yīng)就會被放大，其所能產(chǎn)生的電能也就更大，進而達到為電池充電的最低要求。

王教授表示，喬治亞州技術(shù)學院研制的納米發(fā)電機目前已經(jīng)可以將10%到15%的機械運動能轉(zhuǎn)化為電能，如果可以將那些發(fā)電材料制作得更薄一些，應(yīng)該可以將轉(zhuǎn)換率提高到40%。

比如，一塊指甲大小的摩電材料在彎曲時可以產(chǎn)生8毫瓦的電能，足以支持一個心臟起搏器的運轉(zhuǎn)；一塊5厘米見方的摩電材料在彎曲時產(chǎn)生的電能可以點亮600盞LED燈或給一塊鋰電池充電。目前，王教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊已經(jīng)在網(wǎng)上公布了這些研究成果。

王教授說：“可供選擇的材料很多，納米發(fā)電機設(shè)備也很容易制造。”該研究團隊可以將50多種普通的塑料、金屬和其他材料進行配對，以此來生產(chǎn)這種納米級的發(fā)電設(shè)備。

商用性有待考證

納米級發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新性迅速引發(fā)了材料和能源界諸多專家學者的高度重視，同時也對該設(shè)備的商用性和實驗室外的工作表現(xiàn)表示了擔憂。

對于這一新技術(shù)，弗吉尼亞州技術(shù)學院的能源采集材料與系統(tǒng)研究中心的主任沙先科普里亞（Shashank Priya）表示：“這種發(fā)電方法產(chǎn)生的功率密度給我留下了深刻的印象。”他說，其他材料還從未產(chǎn)生過能夠用于實際應(yīng)用的足夠電能。

目前還不確定這種新型納米發(fā)電機能否在實驗室以外的環(huán)境工作。

來自西雅圖的華盛頓大學的機械工程學教授李江宇（音譯）稱：“他們需要在現(xiàn)實應(yīng)用中展示出這種發(fā)電方法也能利用機械運動產(chǎn)生電能。”

如果希望新研發(fā)的這類納米發(fā)電設(shè)備能夠應(yīng)用于日常生活中，就意味著發(fā)電設(shè)備必須捕捉到能夠提供足夠電能的振動頻率。這對該款納米發(fā)電機的商用進程至關(guān)重要。普里亞指出，如果納米發(fā)電機只能捕捉到低能量的機械振動，那么利用它產(chǎn)生的電能給手機充電時就需要很長的時間。(原文節(jié)選自O(shè)Fweek電子工程網(wǎng))