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拉伸扭转可发电 南开大学参研神奇“纱线”

 
      南开新闻网(记者 吴军辉)日前,《科学》杂志刊文介绍了一种名为“Twistron”的神奇“纱线”,只要拉伸或扭转就能实现自发电。这一新材料有望在物联网传感器、可穿戴医疗设备、海水发电等领域广泛应用,并帮助人类减少对化石能源的依赖。

  美国得克萨斯大学达拉斯校区、韩国汉阳大学、中国南开大学等机构的研究人员合作研发了该材料。美国德克萨斯大学达拉斯分校纳米科技研究所教授雷•鲍曼(Ray Baughman)为论文通讯作者。作为国际研究团队成员,南开大学药物化学生物学国家重点实验室教授刘遵峰,参与了新材料的研发以及Twistron“纱线”可穿戴传感器的研制工作。

  “Twistron”本质上是一种不需要外加电源的电容器。研究人员利用只有人类头发丝万分之一粗细的碳纳米管制成了这种纱线。为了提高纱线的弹性,研究人员不断提高纱线的捻度,从而使得纱线呈类似弹簧的螺旋结构。

  发电前,需要将这种纱线在盐水等电解质溶液中浸泡,使电解质中的离子附着到碳纳米管表面。当纱线被拧紧或拉伸时,碳纳米管之间的距离变小,离子聚集到一起密度变大,就会将拧紧或拉伸过程中的机械能转化为电能。

  实验证明,每千克纱线可产生250瓦的峰值电能,比其他将机械能转换为电能的技术高出100倍以上。测试中,一根重量小于家蝇的Twistron纱线,每次被拉伸后,产生的电能可以点亮一个小型LED。

  科学家们十分看好Twistron的应用前景,认为其适合为物联网中成千上万的传感器提供方便电能。同时,它还用于制造电子纺织品或可穿戴医疗设备。研究人员还利用这种纱线采集海浪运动产生的能量,设想将生产成本降低后,可利用这种纱线制成巨大的能量收集装置。研究人员表示,由于这种纱线具有可扩展性,它们可在任何有可靠动能的地方使用。

  2015年,刘遵峰教授与雷•鲍曼教授曾在《科学》杂志上报道了使用同种细纱材料制成的弹性导线,用以制作监测人体健康和运动的可穿戴设备。刘遵峰为论文第一作者。

  据了解,雷•鲍曼为美国国家工程院院士,2010年受聘南开大学“杨石先讲座教授”。参加该研究工作的中国单位还有江南石墨烯研究院外籍院士工作站。

  论文链接: http://science.sciencemag.org/content/357/6353/773