賴斯團隊創造了激光誘導的石墨烯納米發電機,將運動轉化為能量

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萊斯大學的研究人員最近采用了可穿戴設備的概念,這種設備可以將運動中的能量提升到一個新的水平。James Tour的實驗室已經將激光誘導石墨烯(LIG)應用到發電的小型無金屬設備中。

將LIG復合材料與其他表面接觸會產生靜電,可用于為設備供電。這依賴于摩擦電效應,材料通過接觸來收集電荷。當它們放在一起然后被拉開時,表面電荷積聚,可以引導發電。

在實驗中,研究人員將折疊的LIG條帶連接到一串發光二極管上,發現敲擊條帶產生的能量足以使它們閃爍。嵌入觸發器內的較大LIG片段讓佩戴者在每一步都能產生能量,因為石墨烯復合材料與皮膚反復接觸會產生電流來為一個小電容器充電。

“這可能是一種通過在行走過程中使用腳跟撞擊的過剩能量或者在軀干上擺動手臂動作來為小型裝置充電的方法”Tour說。

LIG是石墨烯泡沫,當化學物質在聚合物或其他材料的表面上用激光加熱時產生,僅留下二維碳的互連薄片。該實驗室首先使用常見的聚酰亞胺制作LIG,但將該技術擴展到植物,食品,處理過的紙張和木材。

實驗室將聚酰亞胺,軟木和其他材料轉變為LIG電極,看看它們產生的能量有多好,經得起磨損。他們從摩擦電系列兩端的材料中獲得了最好的結果,這些材料量化了它們通過接觸電氣化產生靜電荷的能力。

在折疊配置中,來自摩擦負型聚酰亞胺的LIG噴涂有聚氨酯保護涂層,其也用作摩擦陽極材料。當電極結合在一起時,電子從聚氨酯轉移到聚酰亞胺上。隨后的接觸和分離驅動可以通過外部電路存儲的電荷,以重新平衡累積的靜電荷。折疊LIG產生約1千伏,并在5,000次彎曲循環后保持穩定。

最佳配置,聚酰亞胺-LIG復合材料和鋁電極,產生的電壓高于3.5千伏,峰值功率超過8毫瓦。

“嵌入觸發器內的納米發電機能夠在行走1公里后在電容器上存儲0.22毫焦耳的電能,”賴斯博士后研究員邁克爾斯坦福說,該報的第一作者。“這種能量儲存率足以為可穿戴傳感器和電子設備提供動力!

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