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新型“织物”将运动转化为电能
2022年06月05日    新闻来源:深圳资讯网    |  投稿

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家开发了一种可拉伸防水的“织物”,可以将身体运动产生的能量转化为电能。

织物中的一个关键成分是聚合物,当受到挤压或挤压时,它会将机械应力转化为电能。它还采用可拉伸氨纶作为基层,并与橡胶状材料相结合,以保持其坚固、灵活和防水。

4月,在科学杂志《先进材料》上报道的一项概念验证实验中,南洋理工大学新加坡分校的研究小组表明,轻敲一块3厘米乘4厘米的新织物,产生的电能足以点亮100个LED。

洗涤、折叠和弄皱织物不会导致任何性能下降,并且可以在长达五个月的时间内保持稳定的电力输出。

领导这项研究的材料科学家、南洋理工大学副教务长(研究生教育)LeePooi-See教授,说:“已经有很多人尝试开发出可以从运动中获取能量的织物或服装,但一个巨大的挑战是开发出一种在洗涤后功能不会退化的东西,同时保持良好的电输出。在我们的研究中,我们证明了我们的原型在洗涤和弄皱后仍能正常工作。我们认为它可以编织成t恤衫或集成到鞋底,以收集身体最小运动的能量,将电力输送到移动设备。"

获取替代能源

南洋理工大学研究小组开发的发电织物是一种能量收集装置,可以将日常生活中最小的身体运动产生的振动转化为电能。原型织物通过两种方式产生电:当它被挤压或挤压时(压电),以及当它与其他材料接触或摩擦时,如皮肤或橡胶手套(摩擦电效应)。为了制造原型,科学家们首先通过丝网印刷一种由银和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)组成的“墨水”来制造一种可拉伸电极,SEBS是一种类似橡胶的材料,存在于牙齿和把手中,使其更具伸缩性和防水性。然后将该可拉伸电极连接到一块纳米纤维织物上,该织物由两种主要成分组成:聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDFHPF),一种在压缩、弯曲或拉伸时产生电荷的聚合物;无铅钙钛矿,一种在太阳能电池和LED领域很有前途的材料。

南洋理工大学博士生蒋峰是研究团队的一员,解释:“在PVDF-HPF中嵌入钙钛矿可以增加原型的电输出。在我们的研究中,我们选择无铅钙钛矿作为一种更环保的选择。虽然钙钛矿本质上是易碎的,但将其集成到PVDF-HPF中可以使钙钛矿具有优异的机械耐久性和灵活性。PVDF-HPF还为钙钛矿提供额外的保护层,增加其力学性能和稳定性。"

其结果是一种原型织物,每平方米可产生2.34瓦的电能鈥攅无法为小型电子设备供电,如LED和商用电容器。概念验证为了证明他们的原型织物是如何工作的,南洋理工大学的科学家展示了一只手连续敲击一块3cm×4cm的织物,可以点亮100个LED,或给各种电容器充电,这些电容器是存储电能的设备,在手机等设备中都可以找到。该织物具有良好的耐久性和稳定性鈥攊ts的电气性能在清洗、折叠和弄皱后没有恶化。

它还继续产生长达五个月的连续稳定电力输出。科学家们表明,他们的织物可以通过将其固定在手臂、腿、手和肘部以及鞋子的鞋垫3上,从而利用人类一系列运动产生的能量,并且不会对运动产生影响。李教授表示:“尽管电池容量有所提高,电力需求有所减少,但可穿戴设备的电源仍然需要频繁更换电池。我们的研究结果表明,我们的能量收集原型织物可以利用人类的振动能量,潜在地延长电池的寿命,甚至可以构建自供电系统。据我们所知,这是第一款基于钙钛矿的混合能源d该设备稳定、可拉伸、透气、防水,同时能够提供出色的电输出性能。"

这个基于织物的能量收集原型建立在南洋理工大学团队的工作基础上,该团队致力于研究如何清除环境中产生的能量。例如,该团队最近开发了一种可能安装在屋顶或墙上的薄膜,以利用落在薄膜上的风或雨滴产生的能量。该团队目前正在研究如何将同一种织物进行调整,以获取不同形式的能量。

标签:技术中心窗帘家纺
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