日前，《科學(xué)》雜志刊文介紹了一種名為“Twistron”的神奇“紗線”，只要拉伸或扭轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)自發(fā)電。這一新材料有望在物聯(lián)網(wǎng)傳感器、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、海水發(fā)電等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并幫助人類減少對化石能源的依賴。
美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯校區(qū)、韓國漢陽大學(xué)、中國南開大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員合作研發(fā)了該材料。美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校納米科技研究所教授雷·鮑曼(Ray Baughman)為論文通訊作者。作為國際研究團(tuán)隊(duì)成員，南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授劉遵峰，參與了新材料的研發(fā)以及Twistron“紗線”可穿戴傳感器的研制工作。
“Twistron”本質(zhì)上是一種不需要外加電源的電容器。研究人員利用只有人類頭發(fā)絲萬分之一粗細(xì)的碳納米管制成了這種紗線。發(fā)電前，需要將這種紗線在鹽水等電解質(zhì)溶液中浸泡，使電解質(zhì)中的離子附著到碳納米管表面。當(dāng)紗線被擰緊或拉伸時(shí)，碳納米管之間的距離變小，離子聚集到一起密度變大，就會將擰緊或拉伸過程中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
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)。實(shí)驗(yàn)證明，每千克紗線可產(chǎn)生250瓦的峰值電能，比其他將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)高出100倍以上。測試中，一根重量小于家蠅的Twistron紗線，每次被拉伸后，產(chǎn)生的電能可以點(diǎn)亮一個(gè)小型LED。
科學(xué)家們十分看好Twistron的應(yīng)用前景，認(rèn)為其適合為物聯(lián)網(wǎng)中成千上萬的傳感器提供方便電能。同時(shí)，它還可用于制造電子紡織品或可穿戴醫(yī)療設(shè)備。研究人員還利用這種紗線采集海浪運(yùn)動產(chǎn)生的能量，設(shè)想將生產(chǎn)成本降低后，可利用這種紗線制成巨大的能量收集裝置。研究人員表示，由于這種紗線具有可擴(kuò)展性，它們可在任何有可靠動能的地方使用。
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2015年，劉遵峰教授與雷·鮑曼教授曾在《科學(xué)》雜志上報(bào)道了使用同種細(xì)紗材料制成的彈性導(dǎo)線，用以制作監(jiān)測人體健康和運(yùn)動的可穿戴設(shè)備。劉遵峰為論文第一作者。
據(jù)了解，雷·鮑曼院士現(xiàn)為南開大學(xué)“楊石先講座教授”。中國參加該研究工作的單位還有江南石墨烯研究院外籍院士工作站。
