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皇冠登1登2登3(www.99cx.vip):这根由碳纳米管制成的纺线可以自己“产生”电能,不再需要外供电池

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德克萨斯大学达拉斯分校的一组研究人员和他们的同事已经对他们发明的能量收集纱线进行了重大改进,这种纱线被称为捻线管,由碳纳米管制成,在反复拉伸时产生电能。


研究人员在7月7日出版的《先进材料》(Advanced Materials)杂志上发表的一篇文章中描述了改进后的扭转管和该技术的一些潜在应用。


在一项原理证明实验中,该文章的第一作者、德克萨斯大学达拉斯分校Alan G. MacDiarmid纳米技术研究所的研究助理王忠博士将这种新型捻线缝进了一只手套。当戴着手套的人在美国手语中形成不同的字母和短语时,这些手势产生了电流。

“根据输出电压分布,我们可以很容易地区分不同字母和短语的手指运动,我们可以把这只手套用作自供电的手语翻译,”王说,他在UTD的博士研究重点是碳纳米管纺线和能量采集器。他因此获得了2022年自然科学与数学学院最佳论文奖。


在纳米技术研究所所长、罗伯特·a·韦尔奇化学特任主席雷·鲍曼博士的带领下,该研究小组于2017年在《科学》杂志上首次报道了他们的捻管技术。从那时起,该团队改进了制造纱线的工艺,结果得到的纤维比之前的版本更高效,每次拉伸循环产生的电力也更多。


能源收集是一个至关重要的领域,特别是当我们寻找燃烧化石燃料的替代品时。我们希望从每一种可用的能源中获取能量,捻子的一些潜在应用包括从海浪中收集能量,为传感器供电,或最终为城市供电,以及利用身体运动为可穿戴设备供电。


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鲍曼说:“如果你有一个类人机器人,你想知道哪些肌肉收缩了,以及它们的操作是否正确,你可以在我们的扭杆收割机中加入非常细的纤维,这样当肌肉改变尺寸时,它就会拉伸扭杆,从而产生电力。这种电流是可以测量的,它可以告诉你肌肉发生了多大的变化。”

扭转管是由碳纳米管构成的,它是一种空心的圆柱形碳,直径比人的头发还小一万倍。这些纳米管被捻纺成高强度、轻质的纱线。为了使纱线具有高度弹性,研究人员引入了大量的捻度,使纱线卷曲起来就像一个过度扭曲的橡皮筋。


《先进材料》杂志的这篇文章描述了王和他的同事们如何通过在制造过程中融入一些创新来改善扭转管的性能。这些捻子的基本机制是,当你拉伸它们时,碳纳米管束会相互接触,增加材料中电子的密度,从而增加电压输出,基于这一理解,我们发现优化纳米管排列——它们相互作用的表面积数量——可以显著增加电容变化和显著增加电压输出。


研究人员还将石墨烯纳入了制造过程。石墨烯是一种单原子厚的二维碳片。


王说:“我们首先从一个垂直排列的纳米管阵列(称为森林)中取出一片碳纳米管,在这些新的实验中,我们增加了一个步骤:我们将石墨烯沉积在薄片上,然后将其拧成纱线。这极大地改善了电容变化,以及我们可以从产生的捻子中获得的电量。”


改进的退火工艺也有助于提高捻子的输出,每秒拉伸30次(30赫兹)新型盘绕的捻线纺纱产生的峰值功率为每公斤3.19千瓦,比其他研究人员报告的频率在0.1赫兹到600赫兹之间的替代机械能收割机的最高数值高出12倍。使用最新版本的捻子获得的最大能量转换效率是以前的捻子的7.2倍。研究人员已经申请了这项技术的专利。


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