可穿戴设备将运动转化,电压可达3.5千伏!这设备你敢穿吗?

从运动中提取能量的可穿戴设备并不是一个新概念,但莱斯大学发明的材料可能会使它们变得更加实用。化学家James Tur的Rice Lab已将激光诱导石墨烯(LIG)应用于小型无金属发电设备。

就像在头发上摩擦气球一样,用其他表面触摸LIG复合材料会产生静电,可用于驱动设备。这是由于摩擦电效应,导致材料通过接触积累电荷。

带产生的能量足以使它们发光。较大的LIG嵌入触发器中,并且佩戴者可以在每一步产生能量,因为石墨烯复合物与皮肤的重复接触产生电力以对小电容器充电。

电子显微镜下的图像显示由莱斯大学制造的用于摩擦电纳米发电机的激光诱导石墨烯和聚酰亚胺复合材料的横截面。图片:Tour GroupRice大学

这可以是通过简单地使用脚跟在行走时击打的额外能量来充电小装置的方式,或者是手臂的多余能量摆动到躯干中。美国化学学会期刊《ACS Nano》详细介绍了该项目。 LIG是石墨烯泡沫,当化学品通过激光在聚合物或其他材料的表面上加热时,仅留下两个相互连接的碳片。该实验室首先在普通聚酰亚胺上制备LIG,但将该技术扩展到植物,食品,加工纸和木材。该实验室将聚酰亚胺,软木和其他材料制成LIG电极。

(Boco Park - Graphic)莱斯大学博士后研究员迈克尔斯坦福持有激光诱导石墨烯摩擦纳米发电机的触发器。当用扳机行走时,发生器与佩戴者的皮肤持续接触以产生电能。照片:Jeff FitlowRice大学

观察它们产生能量和耐磨性的能力。从摩擦电序列两端的材料中获得了最好的结果,其量化了通过接触充电产生静电电荷的能力。在折叠结构中,聚氨酯保护涂层从摩擦的负聚酰亚胺的LIG喷涂,也作为摩擦正材料喷涂。当电极放在一起时,电子从聚氨酯转移到聚酰亚胺。随后的接触和分离驱动电荷可以由外部电路存储,以重新平衡累积的静电荷。折叠的LIG产生大约1kV并且在5,000次弯曲循环后保持稳定。

最佳配置使用聚酰亚胺 - 复合材料和铝电极,产生高于3.5 kV的电压,峰值功率超过8 mW。该论文的第一作者,莱斯大学的博士后研究员迈克尔斯坦福说,嵌入触发器的纳米发电机可以在行走1公里后在电容器上存储0.22毫焦耳的电能。该能量存储速度足以为佩戴者传感器和电子设备提供人类活动所需的能量。