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高倍扫描电子显微镜下,纤维界面处的氧化锌纳米线结构。供图/王中林
只需散散步就给iPod充了电,郊游时和风中颤动的帐篷就是发电机,呼吸、心跳、血液流动这样轻微的运动都有可能转化为电能,从而让植入身体内的微型器件获得动力。借助于一种特殊的弹性纤维,纤维纳米发电机描绘出了这样科幻般的生活图景。
纳米发电机出自于著名的华裔材料学家美国佐治亚理工学院的王中林和他的研究小组。2006年王中林根据氧化锌纳米线提出了“压电电子学”的概念:弯曲的氧化锌纳米线能在其拉伸的一面产生正电势,压缩的一面产生负电势,从而具有独特的半导体和压电性质。根据这一理论,王中林小组相继发明了直流纳米发电机和超声波驱动纳米发电机。
在最新的实验中,科学家们把合适的纤维放入化学溶液中,让氧化锌纳米线均匀地“生长”在柔软的纤维表面,最终长满氧化锌的纤维就像女孩子们用的卷发卷儿一样。将两个“发卷”平行放置,并给其中一根镀上金。当“发卷”发生相对运动时,镀有金膜的氧化锌纳米线就会拨动另外一根纤维上的纳米线,两侧成千上万根纳米线同时被弯曲、积累电荷,然后再将电荷释放到镀金的纤维上从而产生电流。“即使很微小的低频运动,也能使这些氧化锌纳米线发生响应。”王中林说。根据目前的数据,王中林估计用这些纤维编织成的织物,每平方米可以输出大约20~80mW的电能,足以驱动一部iPod或者为手机充电。