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美國德克薩斯大學(xué)達拉斯分校與韓國漢陽大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家8月25日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，報告了他們最新研發(fā)的一種高科技納米紗線Twistron，僅靠扭轉(zhuǎn)或拉伸就能發(fā)電。Twistron紗線擁有廣泛的應(yīng)用前景，如在海洋環(huán)境下利用波浪能或溫差能發(fā)電，或捕獲人員運動產(chǎn)生的能量為可穿戴設(shè)備供能。
Twistron紗線本質(zhì)上是一種不需要外加電源的電容器，它由很多根碳納米管紡成，單根碳納米管是直徑為人頭發(fā)絲直徑萬分之一的中空圓柱體。為了提高紗線的彈性，研究人員不斷提高紗線的捻度，從而使得紗線呈類似彈簧的螺旋結(jié)構(gòu)。
論文通訊作者、美國德克薩斯大學(xué)達拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼（Ray Baughman）表示，Twistron紗線除了自身獨特的構(gòu)造，還需要電解質(zhì)的幫助，必須浸泡或涂上諸如鹽水的離子導(dǎo)電材料。隨后，這些電解質(zhì)中的離子會自動滲入到紗線中，當紗線被拉伸或扭轉(zhuǎn)時，紗線上的電荷彼此靠近，電壓增高，從而產(chǎn)生電能。
在實驗室里，研究人員測試了一根重量小于家蠅的Twistron紗線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每次被拉伸后，紗線產(chǎn)生的電能可以點亮一個小型LED。據(jù)介紹，卷曲的twistron紗線當以每秒30次的頻率拉伸時，可產(chǎn)生250瓦每千克（紗線重量）的峰值電功率。
有趣的是，3年前，雷·鮑曼曾用聚乙烯和尼龍制成聚合物人工肌肉，其收縮力是同尺寸天然肌肉的100倍。這種聚合物肌肉在受熱和冷凍時會收縮和伸長，于是，研究人員將一根Twistron紗線和之相連，測試Twistron是不是能從環(huán)境中采集廢熱。實驗結(jié)果表明，Twistron的確可以將人工肌肉的機械能轉(zhuǎn)化為電能。
鮑曼團隊對Twistron的應(yīng)用場景很樂觀，它或許可以為電子紡織品供電，也可以放置在海水中，將海浪的機械力采集為電能。在實驗室，研究人員將Twistron縫進了上衣，測試發(fā)現(xiàn)，在人體正常呼吸時，隨著胸腔的起伏，紗線被拉伸并產(chǎn)生電信號。與此前文獻報道的其他可織布發(fā)電纖維相比，單位重量的twistron紗線能提供高于它們一百倍以上的發(fā)電功率。
在海水中的實驗也展現(xiàn)了Twistron的應(yīng)用潛力。在韓國東部海域中，研究人員測試了Twistron在海水中發(fā)電的可行性。他們將一根長10厘米、重1毫克的紗線，連接在一只氣球和一塊靜置在海床上的沉子之間。有海浪時，氣球會發(fā)生沉浮，最高可使紗線達到25%的伸長率。
鮑曼認為Twistron紗線可從海浪中獲取巨大的能量，他說，基于目前實現(xiàn)的平均輸出功率，只需要31毫克的Twistron紗線就可以在100米半徑范圍內(nèi)，提供每10秒鐘傳輸2千字節(jié)數(shù)據(jù)包所需的電能。但若要投入使用，Twistron的生產(chǎn)成本仍需降低。
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