研究人员已经生产出具有激光诱导石墨烯的摩擦电纳米发电机

从运动中获取能量的可穿戴设备并不是一个新概念，但莱斯大学创建的材料可能会使它们变得更加实用。

化学家詹姆斯·图尔的莱斯实验室已将激光诱导石墨烯(LIG)改造成小型，无金属的发电装置。就像在头发上摩擦气球一样，将LIG复合材料与其他表面接触会产生静电，可用于为设备供电。

为此，感谢摩擦电效应，材料通过接触来收集电荷。当它们放在一起然后被拉开时，表面电荷积聚，可以引导发电。

在实验中，研究人员将折叠的LIG条带连接到一串发光二极管上，发现敲击条带产生的能量足以使它们闪烁。嵌入触发器内的较大LIG片段让佩戴者在每一步都能产生能量，因为石墨烯复合材料与皮肤反复接触会产生电流来为一个小电容器充电。

“这可能是一种通过在行走过程中使用脚跟撞击的多余能量或者在躯干上摆动手臂动作来为小型装置充电的方法，”Tour说。

该项目详见美国化学学会期刊ACS Nano。

LIG是石墨烯泡沫，当化学物质在聚合物或其他材料的表面上用激光加热时产生，仅留下二维碳的互连薄片。该实验室首先使用常见的聚酰亚胺制作LIG，但将该技术扩展到植物，食品，处理过的纸张和木材。

实验室将聚酰亚胺，软木和其他材料转变为LIG电极，看看它们产生的能量有多好，经得起磨损。他们从摩擦电系列两端的材料中获得了最好的结果，这些材料量化了它们通过接触电气化产生静电荷的能力。

在折叠配置中，来自摩擦负型聚酰亚胺的LIG喷涂有聚氨酯保护涂层，其也用作摩擦阳极材料。当电极结合在一起时，电子从聚氨酯转移到聚酰亚胺上。随后的接触和分离驱动可以通过外部电路存储的电荷，以重新平衡累积的静电荷。折叠LIG产生约1千伏，并在5,000次弯曲循环后保持稳定。

最佳配置，聚酰亚胺-LIG复合材料和铝电极，产生的电压高于3.5千伏，峰值功率超过8毫瓦。

“嵌入触发器内的纳米发电机能够在行走1公里后在电容器上存储0.22毫焦耳的电能，”赖斯博士后研究员迈克尔斯坦福说，该报的第一作者。“这种能量储存率足以为可穿戴传感器和电子设备提供动力。”

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