Shining
很早以前,人們就發現了“摩擦起電”的現象,如尺子在頭皮上摩擦后可吸起碎紙屑。當時的人們一定想不到,在若干年后的今天,這樣小小的摩擦也能聚集成供人類使用的能源。
摩擦納米發電機
摩擦能源的利用有賴于摩擦納米發電機(Triboelectric Nanogenerator,簡稱TENG)的發明。它是一種利用材料之間摩擦引起的電荷轉移,將機械能轉化成電能,實現能量收集和轉換的發電設備。
無需充電的手機、永不斷電的人工心臟、漂浮在大海上的球形摩擦發電機……TENG技術讓未來充滿無限可能。
可持續小型移動電源
TENG技術可應用于移動通訊、物聯網、傳感網絡、健康監測、環境保護等領域,具有能量密度高、體積小、重量輕和成本低等特點,有望成為新一代移動電能。
產品1:移動器件充電殼。通過TENG技術,利用環境或人的機械能為便攜式電子產品提供能量,人們無需擔心手機沒電。
產品2:穿戴式動能收集裝置。通過對相互接觸的材料表面進行納米科技處理,使其在相互滑動的過程中,電極之間的電荷轉移量得到極大提高,從而讓輸出功率產生質的飛躍。
主動式自驅動傳感
如納米發電衣,這種柔性織物外層鍍銀,還有硅有機材料(聚二甲硅氧烷)和氧化鋅納米陣列等四層材料覆蓋。可收集人體運動摩擦產生的電能,為LED燈、液晶顯示屏以及汽車遙控鑰匙充電。
產品3:自驅動心臟起搏器。中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士和李舟副教授領導研究小組,將自驅動能源系統植入大鼠體內,成功收集并轉化大鼠呼吸運動所產生的能量。研究人員將這些能量以電能的形式儲存起來,能驅動外接的心臟起搏器原型機工作。
根據理論計算,大鼠每呼吸5次,即可成功驅動心臟起搏器工作 1次。若應用到人體,就能依靠呼吸驅動心臟起搏器正常工作。
大規模可再生藍色能源
TENG開創了主動式自驅動傳感的新領域。在傳感終端無需電源供給的情況下,能通過被測試對象自身的活動來產生電信號,在安保、監控、節能、智能傳感和智能皮膚等領域應用前景廣闊。
如將傳感器貼在胸部、喉嚨上,可測量血壓和血液的流動狀態。再如,將傳感器安裝在屋內地面上,無人進入時不會開啟,一旦有人踩上去,它就能產生信號并啟動監視系統,既節能,又節省數據。
產品:高靈敏觸碰傳感器。能對外界的輕微觸碰產生高電壓響應,具備極高的靈敏度和極低的探測下限。
TENG技術通過面積規模化,可收集風、雨、海水動能中蘊藏的巨大能量,在風能再利用、海洋監測、國家安全、污水處理和海洋開發等領域有廣闊的應用前景,有望成為新能源的重要組成部分。
王中林院士提出利用TENG技術開發藍色能源,即蘊藏在海洋中的巨大能量。他舉了一個例子:三峽大壩的發電能力是20×109瓦,如果TENG技術成熟了,在40000平方公里的海面,利用5米深的水就可產生相當于三峽大壩總電量的能量。在遠海,40000平方公里的海面不算大,不會像建設三峽大壩那樣需要做大量的移民工作,且對環境和國家安全有積極影響。
產品1:薄膜式發電裝置。具有重量輕、體積小、能量密度高的特點,能在二維平面和三維空間中大規模應用。它可利用波浪能量,在不借助任何外部電子元器件的情況下直接輸出電能。
產品2:球形納米發電機。依靠拍打或浮動,將機械能轉化為電能,實現能量的收集,還可作為振動和位置傳感器。