科學(xué)家研制出可同時(shí)采集光能和機(jī)械能的復(fù)合能源衣

隨著智能可穿戴設(shè)備的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)輕便價(jià)廉的便攜式柔性可持續(xù)電源的需求日益凸顯。人們一直夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)一種可以織入衣物的能源技術(shù)，其可以收集光、風(fēng)、人體運(yùn)動(dòng)等各種環(huán)境能量，并轉(zhuǎn)化為電能來給隨身穿戴的電子設(shè)備提供持續(xù)電能。在美國(guó)佐治亞理工學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院納米能源與系統(tǒng)研究所王中林教授課題組與重慶大學(xué)范興副教授課題組的共同努力下，受到飛梭織布技術(shù)的啟發(fā)，突破了電極微納界面應(yīng)力控制的技術(shù)難關(guān)，成功地將新型高分子纖維基太陽能電池與纖維摩擦納米發(fā)電機(jī)共同編織，形成了一種單層、輕質(zhì)、透氣、廉價(jià)的新型全固態(tài)智能可穿戴織物。該織物不僅可以采集太陽光能，還可以同時(shí)將人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的織物內(nèi)部纖維機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)化成電能，從而驅(qū)動(dòng)隨身電子設(shè)備不間斷地工作。　　

通過飛梭織布技術(shù)，可以在一張320微米厚的單層織物中，將太陽能織物模塊和納米發(fā)電機(jī)模塊按照不同的電氣輸出要求進(jìn)行各種復(fù)雜的串并聯(lián)，并根據(jù)需求集成到人體衣物的不同部位。值得一提的是，通過太陽能模塊與納米發(fā)電機(jī)模塊的結(jié)合，該電源織物在幾百歐姆到兆歐姆的阻抗范圍內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)較平穩(wěn)的功率輸出，從而極大提高了織物作為電源的適配能力。該工作中，還系統(tǒng)地研究考察了平紋、斜紋、緞紋、混合紋路等不同織物結(jié)構(gòu)對(duì)織物器件的電學(xué)輸出的影響。并通過與彩色絲線共紡，從而實(shí)現(xiàn)了不同顏色、不同外觀花紋的實(shí)用型能源織物。基于能源織物，一系列的自供電衣服、窗簾、帳篷等等日常生活中常用的布料物品都可得以實(shí)現(xiàn)自供電功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一張長(zhǎng)5厘米，寬4厘米的單層織物在戶外陽光以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)的共同驅(qū)動(dòng)下，不僅可以給電子表，手機(jī)等設(shè)備提供持續(xù)電能，還可以驅(qū)動(dòng)電解水等電化學(xué)反應(yīng)。此外，這種新型的飛梭織造技術(shù)非常利于大規(guī)模生產(chǎn)，進(jìn)一步降低了織物的造價(jià)。由于該能源織物，具有輕薄，柔軟，可穿戴，可折疊，透氣性好等優(yōu)良性質(zhì)，它將在穿戴電子、人體健康、能源，軍事等領(lǐng)域具有寬闊的應(yīng)用發(fā)展前景。相關(guān)工作發(fā)表在新一期的《自然·能源》中(Nature Energy1, 16138,2016,DOI10.1038/NENERGY.2016.138)。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的陳俊博士(現(xiàn)為斯坦福大學(xué)博士后)與重慶大學(xué)的黃藝同學(xué)為論文的共同第一作者。

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