高科技纱线,一扯就“放电”

文/苍兮兮

最近,一个国际研究团队表示:他们研发出一种高科技纱线,只要将其拉伸或扭转,纱线就能产生电能。研究人员将这种由碳纳米管制成的新材料称为“扭曲发电机”,并命名为Twistron。
这种高科技纱线是由美国得克萨斯大学达拉斯分校、韩国汉阳大学、中国南开大学等机构的研究人员共同合作研制。由于它能实现自身发电,研究人员表示可以将其放置在海洋中,借助海浪来采集能量,并转化为电能。未来,这种高科技纱线或许能帮助人类减少对化石能源的依赖。

揭开高科技纱线的“面纱”
Twistron是一种由很多碳纳米管制成的弹性纱线。其中每个碳纳米管的结构为空心圆柱体,直径为人类头发丝直径的1/10000。为了提高纱线的弹性,研究人员不断提高纱线的捻度,从而使得纱线呈类似弹簧的螺旋结构。本质上,Twistron是一种不需要外加电源的电容器。
不过,想要Twistron发电,除了依靠其自身独特的结构之外,还需要电解质来帮忙。因此,必须将Twistron浸泡于盐水等离子导电材料;随后,电解质中的离子会附着在碳纳米管表面;当纱线被拉伸或扭转时,碳纳米管之间的距离变小,离子彼此靠近,使得电压增高,从而将机械能转化为电能。
在实验室里,研究人员测试了一条质量比苍蝇还小的高科技纱线。结果发现,纱线被拉伸后,产生的电能可以点亮一个小型LED灯。研究显示,当以30次每秒的频率拉伸纱线时,其输出的单位质量峰值电功率可以达到250瓦每千克。
研究人员又将Twistron缝进上衣进行测试。结果发现,随着人体正常呼吸时胸腔的起伏,纱线就能被拉伸从而产生电信号。根据这一研究,或许将来可以将Twistron应用在智能服装(电子纺织品)上,直接通过人体运动而获取电能,从而解决智能服装的供电问题。而且,与其他可织布的发电纤维相比,同样质量的Twistron提供的电功率要高100倍。

未来可用于海上发电站
在一项海洋实验中,研究人员针对Twistron在海水中发电的可行性进行了测试。他们将一根长度为10厘米、质量为1毫克的高科技纱线浸泡在海水里,纱线上段连着一个气球,下端连在一个沉在海床的装置上。每次海浪过来时,随着气球的上升,纱线被拉长(伸长率最高可达25%),从而产生电能。研究人员认为,Twistron最引人注目的特点是它能够从海浪中获取大量的能量。
研究人员表示,由于这种高科技纱线具有可扩展性,因此它可以应用在任何有动能的地方,并适合为物联网传感器提供电能。这项技术未来将会被应用到更多场景,比如用于海上发电站、为城市照明等。
尽管Twistron可以提供足够的能量,但是其成本过于昂贵,目前无法实现商业化。而且,纱线的生产十分困难,需要大量的时间和金钱。研究人员希望这些问题在未来能有所改善。
正如项目负责人所言:“这是人们发现的第一个基于扭动发电的‘发电机’,它只是一个‘婴儿’,我们还有很多东西需要了解。”

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