面料收獲太陽能運(yùn)動能源為可穿戴設(shè)備

研究人員一直在開發(fā)各種方法來為可穿戴技術(shù)和服裝提供動力，而無需使用笨重的電池，這些電池使這些設(shè)備和材料的用戶友好性降低。在一種新方法中，佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出可以同時從陽光和運(yùn)動中獲取能量的織物，為可穿戴技術(shù)和服裝提供潛在的持續(xù)動力源。

事實(shí)上，這項(xiàng)研究的目的是開發(fā)“一種可穿戴，靈活的不間斷電源，可以更好地與我們的衣服融為一體，可以日夜工作”，佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)學(xué)院的董事王忠林設(shè)計(jì)新聞，工程和創(chuàng)建面料的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。

“與人類相關(guān)的能量主要是太陽能和機(jī)械能，”王說。“在這里，微電纜結(jié)構(gòu)的紡織品同時從周圍的陽光和便攜式電子設(shè)備的自然人體生物力學(xué)運(yùn)動中獲取能量，這可以持續(xù)地驅(qū)動電子表并在手機(jī)佩戴時直接給手機(jī)充電。”

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該材料的其他好處是它具有高度透氣性，柔韌性，并且可以適應(yīng)人體表面曲線和生物力學(xué)運(yùn)動。

佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種可以從太陽和運(yùn)動中獲取能量的織物。

為了制作這種面料，該團(tuán)隊(duì)使用了常用的材料和方法，這些材料和方法可以很容易地復(fù)制和縮放，以便在服裝甚至窗簾或帳篷中得到更廣泛的應(yīng)用，Wang說。

“整個紡織品采用輕質(zhì)，廉價，柔韌的聚合物纖維，通過低溫濕法工藝和大量低成本材料組裝而成，”他說。“紡織品的主干由常用的聚合物材料制成。也可以基于其他柔性材料制造類似的裝置。此外，電極的制造工藝是低溫濕法工藝，節(jié)能并且與可能的大規(guī)模制造兼容。

研究人員使用商用紡織機(jī)器將由輕質(zhì)聚合物纖維構(gòu)成的太陽能電池與基于纖維的摩擦電納米發(fā)電機(jī)組合在一起。這些類型的納米發(fā)電機(jī)使用摩擦電效應(yīng)和靜電感應(yīng)的組合，以通過諸如旋轉(zhuǎn)，滑動或振動的機(jī)械運(yùn)動產(chǎn)生電力。王說，這種運(yùn)動可能包括材料在分離之前一起摩擦。

“最簡單的形式是，摩擦發(fā)電機(jī)使用兩種不同材料，一種是電子供體，另一種是電子受體，”他解釋說。“當(dāng)材料接觸時，電子從一種材料流到另一種材料。如果薄片然后被分離，則一張薄片保持由它們之間的間隙隔開的電荷。如果電負(fù)載連接到放置在其間的兩個電極。兩個表面的外邊緣，流過的小電流將使電荷均衡。通過不斷重復(fù)該過程，可以產(chǎn)生交流電。

該面料厚320微米，也可與其他功能性纖維或電子設(shè)備輕松集成，“形成靈活的自供電系統(tǒng)，”他說

“通過穿梭飛行工藝在商用針織機(jī)上主要采用輕質(zhì)聚合物纖維制造，太陽能電池被制成微電纜，這可以是制造基于光纖的摩擦電納米發(fā)電機(jī)的組件，”王說。“具有任意尺寸和各種針織圖案的彩色和柔性紡織模塊被證明是便攜式和柔性電子設(shè)備的可穿戴電源。

Wang說，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)進(jìn)行了早期測試，結(jié)果顯示織物可以經(jīng)受反復(fù)和嚴(yán)格的使用，但接下來的步驟包括長期耐久性測試。研究人員還計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化織物用于工業(yè)用途，包括開發(fā)適當(dāng)?shù)姆庋b以保護(hù)電子元件免受雨水和濕氣的影響，他說。