如今大家对于电力的开发越来越深入,我们常见的利用风能和太阳能开发电力就是现代常见的利用自然开发电力的形式,而如果有一天你穿的衣服或是买的布料也能利用风能和太阳能发电,是不是觉得是一件很有趣又很酷的事情。
对风力发电的概念是不是还停留在大风车吱呦呦地转?对太阳能发电的印象是不是还停留在一块块四四方方的太阳能电池板?也许有一天,我们的服装时尚还会穿越回古代——宽幅阔袖、衣袂飘飘,因为有一种新型织物,在太阳底下走走路吹吹风就能发电。
对于织物利用物理运动发电的研究已经进行了许多年。近期,佐治亚理工学院的研究员终于将研究更进一步,开发出一款既可以利用风能又可以利用太阳能发电的织物。如果这两种发电模式可以结合起来用在纺织品上,那么开发一种可以满足自带小型电子设备充电的服装在不久的将来也会成为可能。
“这种混合动力纺织品提供了一种全新的解决方案,对电子设备充电只需要在一个晴朗有风的天气里随便逛逛就能实现。”佐治亚理工学院材料科学与工程的王中林教授说。
这项研究在9月12日发表于Nature Energy。为了制备这种织物,王教授的团队利用普通织机将轻体量聚酯纤维和纤维基的摩擦纳米发电机交织在一起。摩擦纳米发电机可以综合利用摩擦效应和静电感应,在机械运动,比如旋转、滑动以及震动的过程中产生少量电能。
王教授设想,如果这种320µm厚的新面料与羊毛编织在一起,就可以制作成帐篷,窗帘或耐磨的服装。“这种面料韧性非常好,透气,轻质,适用范围广,”王教授说。
纤维基体的摩擦纳米发电机可以捕捉特定材料与其他材料摩擦接触后产生的电能。对于织物上利用太阳能发电的部分,王教授的团队将正极做成异型纱线状与其他纤维交织在一起。
“这种纺织品的主要材料是价格不贵且环保的常用高分子材料,”王教授说,“电极也是采用低成本工艺制作,这使得大规模制造成为可能。”
一次实验中,王教授的团队利用A4纸大小的一块织物做成彩旗状,然后把旗子伸出车窗外,在一个多云的天气里开动车子,研究人员就可以检测在运动过程中织物的发电情况。研究人员还利用4cm×5cm的一块织物,放在阳光下移动,实验中产生的电量可以将2mF的商业电容充到2V。
“这表明它在恶劣环境下也能良好工作。”王中林教授说。
这种织物还可以持续工作给电子表充电、直接给手机充电,还可以驱动水分解反应。虽然从之前的研究中可以推测出这种织物可以反复使用,但并没有证实,所以下一步的研究将致力于研究其长期耐用性。未来的研究目标还包括为工业化生产进一步优化织物,包括适当的防雨、防潮,以保护电气元件。