克莱姆森纳米材料研究所(CNI)的研究人员距离使用摩擦电(一种绿色能源)为世界无线供电更近了一步。
大约一年前,CNI的一个物理学家团队发明了超简单的摩擦电纳米发电机(U-TENG)。由塑料和胶带制成的U-TENG是一种小型装置,可以通过运动和振动来发电。通过拍打或敲击脚,它会产生电压,该电压会进一步由外部电路接收,并被存储在电容器或电池中,直到被充电为止。
大约九个月后,研究人员在《高级能源材料》杂志上发表了一篇论文,指出他们制造了无线TENG或W-TENG。W-TENG也由U-TENG的相同研究人员制造。在W-TENG中,塑料被石墨烯(单层石墨铅)和聚乳酸(PLA)代替。由于该研究人员将其与石墨烯配对,因此PLA更好地分离了正电荷和负电荷,但不导电。将U-TENG的抓电材料Kapton胶带与W-TENG中的Teflon交换。
在通过“超声处理”和PLA纤维获得石墨烯并将其填充到3-D打印机中之后,他们成功地制造了W-TENG。
“我们使用聚四氟乙烯是因为它具有许多高负电性的氟基团,而石墨烯-PLA具有高正电性。这是并置和产生高电压的好方法,”该研究的通讯作者,克莱姆森物理学助理教授拉玛克里希纳·波迪拉(Ramakrishna Podila)说。
W-TENG能够产生最大3,000伏的电压,足以为25个标准插座或LCD监视器供电。由于具有高电压,W-TENG会在自身周围产生电场,从而可以无线感应。因此,无线电力可以存储在电容器和电池中。
“它不仅可以为您提供能量,还可以将电场用作致动的遥控器。例如,您可以点击W-TENG并将其电场用作打开车库门的“按钮”,或者您可以激活安全系统-无需电池,可以被动地和无线地进行操作。该研究的第一作者和博士学位。物理学和天文学专业的学生。
W-TENG具有广泛的应用,例如在外太空,海洋中间甚至是战场。“几个发展中国家需要很多能量,尽管在这种情况下我们可能无法使用电池或电源插座,并且该团队的发明有一定的慈善用途,”波迪拉说。“ W-TENG可能是在这些地区产生能量的更清洁的方式之一。”
研究人员的团队再次在Mallineni的指导下,通过克莱姆森大学研究基金会为W-TENG申请专利。克莱姆森纳米材料研究所所长Apparao Rao教授与行业合作伙伴进行了讨论,以将W-TENG集成到能源应用中。
此外,在开始工业生产之前,波迪拉说,还需要做更多的研究,以将特氟龙换成更环保的电负性材料。CNI的另一名学生Dong Yongchang Dong领导了MXene-TENG的演示工作,该论文发表在2017年11月的《纳米能源》杂志上。来自CNI的Herbert Behlow和Sriparna Bhattacharya也进行了这些研究。
W-TENG是否会在替代可再生能源领域产生影响?饶表示,这将归结为经济学。
“就科学家而言,我们只能做到这一点。为了使W-TENG取得成功,需要进行经济学方面的研究。”