扭力纱从运动中获取能量

一项新的研究发现，用碳纳米管制成的新型纱线比迄今为止任何其他材料都能更好地利用机械能发电。

这种高科技纱线，被称为twistrons研究人员表示，这种人造纤维可以缝在衣服上，通过人体运动发电，也可以部署在海洋中，从海浪中获取能量。

电磁发电机本质上相当于反向运行的电动机，长期以来一直被用于将机械能从风和水转化为电能。虽然这些在大尺度上表现良好，但在小尺度上表现得就不那么好了。因此，研究人员研究了各种各样的材料来获取机械能——例如，利用身体运动为可穿戴电子设备提供动力。

科学家首先报告了…的发明twistrons大约五年前。他们通过将碳纳米管纺成高强度、轻质的纤维来制造这些材料，这些纤维也可以含有电解质。扭曲或拉伸纱线增加它们的密度，从而产生可以驱动电流的电压。

该研究的资深作者说:“我们未来的梦想是能够使用我们的扭流器来收集海洋中的机械能，为城市提供动力。雷•鲍曼他是德克萨斯大学达拉斯分校的材料科学家。

之前的研究发现，当从频率在0.1到30赫兹之间的拉伸运动中获取能量时，扭丝管显示出了所有材料中最高的峰值功率。这使得它们在广泛的应用中具有潜在的吸引力，比如从衣服或海洋中产生能量。然而，这些先前的扭转子通过扭曲或拉伸的能量转换效率最多为7.6%。

在这项新研究中，研究人员试图大幅提高旋流管的效率。现在，他们通过拉伸和扭转分别实现了17.4%和22.4%的效率。

鲍曼说:“我们看到了效率的显著提高。

为了使它们在被压缩时产生电力，以前的扭子被扭曲，直到它们像过度扭曲的橡皮筋一样盘绕起来。在这项新研究中，科学家们将三股碳纳米管纤维缠绕在一起，形成一根纱线，就像传统的羊毛或棉纱一样。

“我们未来的梦想是能够使用我们的扭转子在海洋中收获机械能，为城市提供动力。——ray Baughman，德州达拉斯

传统的纱线通常是由一股纱线在一个方向上扭曲，然后以相反的方向组合在一起制成最终的纱线。这heterochiral结构提供了抗扭曲的稳定性。

然而，在实验中，研究人员发现最好的表现来自于homochiral纱线，它的线被捻成同一方向。鲍曼说，这种设计导致“纱线在拉伸时横向密度大幅增加”。“这会导致电压和电流增加。”

总而言之，当涉及到从频率大于2赫兹的运动中获取能量时，新扭子的平均功率和峰值功率大大超过了任何其他已知材料。研究人员说，在较宽的频率范围内，它们还显示出比任何其他已知材料更高的功率输出。

在概念验证实验中，研究人员展示了一个仅重3.2毫克的扭流管阵列可以为一个超级电容器充电，而超级电容器又可以为五个小型led、一块电子表或一个带有2.8英寸液晶显示屏的数字湿度和温度传感器供电。他们还把扭丝管缝在棉织物上，然后包裹在人的肘部，在那里它可以通过弯曲手臂产生电力，用于传感和能量收集的潜在应用。

此外，科学家们还探索了利用海浪发电的方法，他们在一个气球和一个装满盐水的水族馆底部之间安装了一个旋流管。他们发现，在模拟常规波浪或湍流水域的场景中，它可以提供大约每公斤15到17瓦的平均功率。

鲍曼指出，在从非常低频的运动中收集能量时，有一种被称为介电弹性体的材料在平均功率方面更好。然而，这些也需要大约1000伏的输入电力才能工作，而新的扭流管只需要电解质提供的电荷就可以工作，他补充道。

在未来，“我们想让扭丝管更便宜，”鲍曼说。他指出，虽然目前旋流子对于波浪能应用来说可能过于昂贵，但它们仍然可以在较小规模的应用中找到用处，比如传感器和服装。亚博排列五投注网站

鲍曼补充说:“我们也在研究碳纳米管以外的材料。”

科学家们详细描述了他们的发现1月26日在线发表自然能源．他们已经申请了这项技术的专利。