摩擦發(fā)電機(jī)

摩擦電是自然界中最常見(jiàn)的一種現(xiàn)象之一，無(wú)論是梳頭、穿衣還是走路、開(kāi)車都能遇到。但摩擦電又很難被收集和利用，因此往往被所忽視。由美國(guó)佐治亞理工學(xué)院教授王中林領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，開(kāi)發(fā)出了一種透明的柔性摩擦電發(fā)電機(jī)，借助柔性高分子聚合物材料成功地將摩擦轉(zhuǎn)化成為了可供使用的電力。

摩擦電發(fā)電機(jī)依靠摩擦點(diǎn)電勢(shì)的充電泵效應(yīng)，通過(guò)聚酯纖維薄片與聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄片的摩擦來(lái)產(chǎn)生電力。借助一種分離技術(shù)，當(dāng)摩擦發(fā)生時(shí)，兩層聚合物薄膜之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢(shì)差，經(jīng)由外部電路即可形成電流。在摩擦中，聚酯纖維產(chǎn)生電子，聚二甲基硅氧烷則負(fù)責(zé)接收電子。此外，外部的按壓產(chǎn)生的機(jī)械形變也能使它們發(fā)生摩擦產(chǎn)生電力。

這種摩擦電發(fā)電機(jī)采用透明的柔性材料制造，未來(lái)它將有望取代普遍使用的觸摸顯示裝置。此外，該摩擦電發(fā)電機(jī)還可以用作高靈敏度壓力傳感器。研究人員稱，這種壓力傳感器非常敏感，即便是落下的水滴或是飄落的羽毛這樣的微小壓力也會(huì)被準(zhǔn)確地“感覺(jué)”到，該裝置有望在有機(jī)電子材料和光電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

在納米能源所，王中林團(tuán)隊(duì)已開(kāi)發(fā)出旋轉(zhuǎn)式直流摩擦發(fā)電機(jī)、剎車發(fā)電模擬裝置、自驅(qū)動(dòng)無(wú)線觸摸報(bào)警器、柔性透明摩擦發(fā)電機(jī)、碟式寬頻摩擦發(fā)電機(jī)、腳踏式摩擦發(fā)電機(jī)、潮汐能收集裝置等摩擦發(fā)電裝置。

摩擦電發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源既可以是已被人們認(rèn)識(shí)的風(fēng)力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身體的晃動(dòng)、手的觸摸、下落的雨滴等從沒(méi)被人們注意過(guò)的環(huán)境隨機(jī)能源，還可以是車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)、機(jī)器的轟鳴等。

將來(lái)只要正常走路，安在鞋里的摩擦電發(fā)電機(jī)就能隨時(shí)為你自己隨身攜帶的手機(jī)充電。與工業(yè)大規(guī)模發(fā)電不同，摩擦電發(fā)電機(jī)可以讓運(yùn)動(dòng)著的每個(gè)人都“發(fā)電”，可以讓司空見(jiàn)慣的摩擦、擠壓、墜落等現(xiàn)象都變成發(fā)電的動(dòng)力源。未來(lái)，汽車剎車就能發(fā)電充電；如果把摩擦電發(fā)電機(jī)鋪在馬路上，每一輛駛過(guò)的汽車都能參與發(fā)電過(guò)程。

光滑的表面在相互摩擦?xí)r能產(chǎn)生電荷，但這些電荷的數(shù)量并不能滿足應(yīng)用的需要。王中林和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)改變摩擦表面圖案的方式來(lái)產(chǎn)生更大的電流。研究人員分別對(duì)線條、立方體和金字塔三種圖案進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金字塔圖案的表面在摩擦?xí)r加速了電荷的形成，更利于電荷的分離，能產(chǎn)生最多的電流，極大地提高摩擦電發(fā)電機(jī)的效率。

為了制造這種微型摩擦電發(fā)電機(jī)，研究人員首先借助光刻和蝕刻工藝，用硅片制造出一個(gè)模具；而后將液體的PDMS和一種交聯(lián)劑混合在一起后涂抹到模具上，等待冷卻后就形成了一張薄膜；最后再將兩種獨(dú)有金屬電極的高分子聚合物薄膜銦錫氧化物（ITO）與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜貼合在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種具有微結(jié)構(gòu)陣列的摩擦電發(fā)電機(jī)的輸出電壓可達(dá)18伏，每平方厘米可產(chǎn)生0.13微安的電流，峰值電流可達(dá)0.7微安。