浙大科學家教你用紙和筆造一臺發電機 動手就能發電

时间:2018-06-26 21:52 来源: 未知 作者:冷文学 点击: 次

僅用你書桌上的A4紙、特氟龍膠帶和簽字筆裏的油墨，就能做出一個發電機；用手拍打它，就能發電。浙江大學科學家的這項“小發明”，在海洋科技發展中展現出了重要的應用前景。相關論文已發表在國際著名期刊《納米能源》。
 
浙大海洋學院青年教師朱智源博士告訴記者，科研團隊用紙和油墨制成的這個微小的發電機屬於摩擦納米發電機，與經典電磁發電機不同，它可以把人體運動產生的機械能直接轉化為電能，並有效輸出。
 
摩擦納米發電機的機理由著名科學家王中林在2012年率先提出，以其極具革新性的技術應用前景，吸引了各國學者投入這一全新領域。朱智源說，既有的許多摩擦納米發電機依賴復雜的表面納米結構，加工方法成本過高、工藝復雜。浙大團隊不僅用生活中隨處可見的材料低成本地制成摩擦納米發電機，並且在整體結構上取得了新突破。

讓我們跟著團隊成員、浙大海洋學院碩士研究生夏克泉一道，自己動手做這臺發電機。首先取兩張A4紙，裁成9厘米長、3厘米寬的窄條。再拿一支畫筆，將簽字筆墨均勻塗抹在紙片的表面，等上幾分鐘，讓油墨固化以形成電極，然後在電極表面貼上特氟龍膠帶。最後將兩張紙片的兩頭向內翻折，各自形成“π”形，接著一正一倒嵌合到一起，便形成了X形狀的發電機。
 
X形結構讓這個發電機像一節小彈簧一樣，可以被擠壓，然後復位。根據摩擦納米發電機的原理，在這一“接觸—分離”過程中，電流就產生了。把一個X形結構作為一個工作單元，逐一堆疊起來，還能進一步提升電流輸出性能，就像把好幾節電池並聯起來一樣。朱智源說，在實驗中，用手按壓有4個工作單元的發電機，產生的輸出能夠直接點亮工作電壓為3.4V的101個串聯高功率藍光LED。
 
堆疊成串的X形結構讓紙質發電機有了豐富的形變功能，可以有效地從人體運動中收集機械能。將來，把它放到衣服或書包裏，人體關節運動產生時的微小機械能就能匯聚起來，供給可穿戴設備運作。

朱智源所屬的浙大海洋電子與智能系統研究所由國家千人計劃專家徐誌偉教授於2016年1月領銜創立，重點關註以信息科學與海洋物理為學科交叉的基礎研究，包括海洋信息電子、智能系統以及用於海洋電子裝備的新能源新材料新器件。在這群科學家眼裏，這個紙做的小發電機，未來的舞臺在浩瀚的大海。團隊正在進一步優化自己的發明，使紙基摩擦納米發電機早日實用，為海洋裝備的信息處理提供能量。
 
“浩渺的海水阻隔了能源和信息的傳輸，因此自給能源對探索海洋非常重要。”朱智源說，在孤零零漂浮著的浮標上，或大洋深處的探測器裏，用紙、筆就能做出的發電機有很強應用潛力。未來，潛水員的探照燈或許可以通過人體自身的運動機械能發亮，同時這種發電原理或許還可以運用到救生中。
 
紙片暴露在海水中很快就會喪失大部分強度並被逐步分解，而當我們需要銷毀器件以防信息泄露時，這個性質就變得很有用了。朱智源表示，易被分解的紙質器件用於海洋探索，為保護海洋環境提供了新思路。