能源問題是影響人類進步和可持續(xù)發(fā)展的重大問題之一,各種圍繞新能源開發(fā)、可再生能源重復利用的研究在世界各地如火如荼地進行。您是否設想過,自己就是“移動電源”,可以對手機進行“自充電”;您是否想過,從輪胎轉動、海浪、機械振動、落下的水滴或是飄落的羽毛等眾多不規(guī)則活動中獲得能量。
在3月18日下午,在中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所(以下簡稱“納米能源所”)舉辦的摩擦發(fā)電新能源技術成果展示會上,納米能源所王中林院士肯定地說,“這都不是夢想,摩擦電發(fā)電機技術可以收集人們日;顒又挟a生的能量,給各種便攜式電子設備供電,比如每天都要用到的手機,在未來三到五年內將可以利用摩擦電發(fā)電機技術,實現(xiàn)手機的‘自充電’,也就是說你就是‘移動電源’!
納米能源所王中林院士攜其研究團隊邀請記者進行現(xiàn)場觀摩和實際操作,體驗“一舉一動皆能發(fā)電”的全新能源供給模式。
“摩擦電和靜電現(xiàn)象是自然界中一種非常普遍的現(xiàn)象,存在于我們日常生活中各個層面,從梳頭、穿衣、走路到開車等等。由于它很難被收集和利用,往往是被人們所忽略的一種能源形式。如果我們可以通過一種新的方法收集摩擦產生的電能或者利用該方法將日常生活中不規(guī)則的動能轉成可以利用的電能,將對我們的日常生活產生重要影響!蓖踔辛衷菏空f。
王中林院士介紹說,“摩擦發(fā)電機利用的是摩擦起電和靜電感應效應的耦合,同時配合薄層式電極的設計,實現(xiàn)電流的有效輸出。摩擦發(fā)電機的動力源既可以是已被人們認識的風力、水力、海浪等大能源,也可以是人的行走、身體的晃動、手的觸摸、下落的雨滴等從沒被人們注意過的環(huán)境隨機能源,更可以是車輪的轉動、機器的轟鳴等被人們浪費、甚至是討厭的垃圾能源。摩擦發(fā)電機通過附著在產生這些動力的物體之上,而實現(xiàn)對機械能的有效收集。如此廣泛的適用范圍主要得益于其結構與運動主體的良好兼容性,而且這種兼容性也使其有望通過人類自身的活動為便攜式、可穿戴式設備直接供電,從根本上解決便攜設備功能越來越多、電池越來越不夠用的矛盾。”
王中林院士現(xiàn)場向記者演示了包括旋轉式直流摩擦發(fā)電機、剎車發(fā)電模擬裝置、自驅動無線觸摸報警器、柔性透明摩擦發(fā)電機、碟式寬頻摩擦發(fā)電機、腳踏式摩擦發(fā)電機、潮汐能收集裝置等在內的20件摩擦發(fā)電裝置的現(xiàn)場發(fā)電操作。展示了摩擦電發(fā)電機對空氣流動、水體流動和人體活動等各種機械能的高效收集能力,以及在綠色能源供給與自供能傳感方面的巨大應用前景。
王中林院士說:“這項研究結果不僅讓人們看到了摩擦發(fā)電機向產業(yè)化的快速奔進,而且由于同時具有重量輕、體積小、能量密度高、結構簡單、成本低廉、易于規(guī)模加工等優(yōu)勢,非常適合大規(guī)模產業(yè)化,更使其從微小能源領域一躍躋身到有望大規(guī)模應用的綠色新能源之列!
在場的研究人員對記者解釋說:“摩擦電發(fā)電機的電信號輸出與動力源的性質,例如驅動力的轉速、按壓的力度、晃動的頻率等有明顯的相關性,這使得摩擦電發(fā)電機不僅可以作為電源,還可以作為高靈敏度壓力傳感器,用來反映物體的動作信息。與其他傳感器相比,由摩擦電發(fā)電機構成的傳感器最為突出的優(yōu)點,是在感受終端無需電源,能夠通過被測試對象自身的活動來驅動,實現(xiàn)自驅動的主動式傳感。該技術在人機交互界面、智能傳感和智能皮膚領域將有非常廣闊的應用前景,未來它將有望取代目前普遍使用的觸摸顯示裝置,可為個人電子產品、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)學科學等提供自供電和自驅動設備,有著巨大的商用和實用潛力!