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源自剪纸艺术的自充电“纸”器件
2017-04-18
 

[据物理学组织网站2017412日报道]  尽管便携式电子设备已经有了长足的发展,但有一件事还一直摆脱不了,那就是总要用墙壁上的电源插座为它们充电。最近,有研究人员开发出一种质量轻的纸制器件可以收集并存储由人体运动而产生的能量。研究人员设计这种器件的灵感竟然源于中国的剪纸艺术。

便携式电子设备,如腕表、助听器和心脏监护器等,通常只需要很少的电量。这些设备获取能量的来源通常是传统可充电电池。然而,王中林和他的同事们近些年却一直在思考如何利用使用者自身运动所产生的能量来为这些电子设备进行供电。他们已经创造出了可收集周围机械能(如走路产生的机械能)并用于为便携式电子设备供电的摩擦纳米发电机(TENGs, triboelectric nanogenerators)。但是绝大多数的摩擦纳米发电机的充电效率都很低,为一个很小的电子设备(如传感器)充电都需要数个小时。此外,制作摩擦纳米发电机的材料是丙烯酸高聚物,重量很大。

为此,研究人员转变思路,开发出超轻、具有菱形剪纸图案、长几英寸、由各种不同材料覆盖的纸质供电单元。纸质菱形供电单元的四个外表面是由金和石墨覆盖的砂纸,构成了负责能量存储的超级电容器单元。而供电单元的内表面由金覆盖的纸和氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)薄膜所构成的能量收集单元。新型纸质纳米发电机单位质量和单位体积的电荷输出分别为82 nC•g-175 nCcm-3(传统摩擦纳米发电机的相应指标仅为5.7 nCg-15.8 nCcm-3),因此只需要短短几分钟的反复压缩和释放,新型纸质纳米发电机就可以为电子设备提供1伏特的电压,足以为遥控器、温度传感器或腕表等电子设备提供所需电力。(工业和信息化部电子第一研究所  李铁成)

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