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中国科学家研制出“纤维纳米发电机”

中研股份2019年4月16日讯  王中林是美国佐治亚理工学院教授、著名材料学家,他领导的研究小组研制的这种纤维能用来织成布料,布料可用于制造利用人体运动来发电的衣服、鞋和生物植入物如起搏器等。

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中国科学家研制出“纤维纳米发电机”

(a) 低倍扫描电子显微照片显示两个互相缠绕的、表明长有氧化锌纳米线阵列的纤维,其中一个镀有金。(b) 高倍扫描电子显微照片显示两纤维界面处的纳米线对纳米线结构。(c) 显示多根纤维组成的纤维纳米发电机的串/并连式连接来提高输出电压/电流。(图片来源:王中林实验室)

美国华人科学家王中林领导的科研小组日前研制出一种能产生电能的新型纳米纤维。

这个研究小组的科学家给名为KEVLAR的合成纤维(一种质地坚固重量轻的合成纤维)涂上四乙氧基硅烷,再在其上涂一层氧化锌,氧化锌向外生长,形成许多凸起的晶体棒,就像卷式发梳上的梳齿。当有机械应力如弯曲、挤压、拉伸等作用于这些氧化锌晶体“发梳”时,它们就会产生电压。

科学家解释说,一些晶体的结构比较特别,缺乏对称性,当这种晶体受到压力而改变形状时,便会放出少量的电流,这就是压电效应。氧化锌就具备产生压电效应的特性。

科学家研制了两种涂有氧化锌的纤维,其中一种上面的氧化锌晶体“发梳”被涂上了一层薄金,可作为电极,另一种的表面是未经处理的氧化锌晶体“发梳”。当这两种纤维相互摩擦时,涂金且较硬的“发梳”使没有涂金的“发梳”的梳齿弯曲,由于压电效应,氧化锌晶体上出现电荷。这两种纤维末端的电线可以将电流输送到照明装置上,从而实现机械能到电能的转换。

王中林说,目前这种由两根纤维组成的纳米发电机的输出功率还很小,这主要是由于纤维的内阻较大以及纤维之间接触面积较小造成的。目前,他们正努力提高这种基于纤维的纳米发电机的输出能量。

王中林认为,新成果为纳米发电机在生物技术、纳米器件、个人便携式电子设备以及国防技术等领域的应用开拓了更为广阔的空间。

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