从小动作中收获大能量

自古希腊人以来，人类就知道，如果将两样东西接触，就会产生少量的电流。一个例子是，我们可以用头发摩擦气球，并产生足够的电力将其粘在天花板上。

同样的原理也应用于我们发表在《小》杂志上的新研究，该研究发现了如何在材料中非常微小的纤维层之间产生最佳能量。

这些微小的纤维中的每一个都比人类头发细约100倍。它们由相同单元的重复链的聚合物组成。在这种情况下，我们使用了聚合物乙烯-醋酸乙烯酯 - 除其他用途外，它使跑鞋具有“弹性” - 和聚乳酸 - 恰好来自运动后引起肌肉痉挛的相同酸。

我们以一种非常具体的方式将两种不同类型的纤维交替成层，制成“层压板”。这些层压板由许多堆叠的微观层组成，每个层压板贴片由数以万计的纤维组成。

只要纤维层周围有任何运动，每层之间的摩擦就会产生电力。

我们改变了这些纤维层的尺寸和质地，并以非常具体的方式对它们进行排序，以优化摩擦和接触带电，并最终产生最大的电荷。

我们的研究表明，通过使用这种排序，我们可以从运动中获得比以前从这些材料中产生的电力多400倍左右。由于我们总是可以通过使用更细的光纤来引入更多接口，因此这种类型的能量产生非常可扩展。

这在有很多运动的地方具有令人兴奋的潜在应用，但现在它只是在非常小的规模上 - 例如，使用人体运动为智能手表供电或为植入式设备(如心脏起搏器)充电。

在生物医学领域，有可能从流经动脉或静脉的血液中捕获能量，以保持胰岛素泵运行更长时间。

这种能力在传感领域也非常强大，特别是如果需要测量来自环境的非常小的振动，例如监测轻微的活动或水流变化，或者为传感器供电，在那里你没有得到很多阳光。

在这些情况下，您无法使用太阳能电池或轻松更换电池。能够仅从地面振动中收集能量以保持互联网和其他关键基础设施的运行具有巨大的潜力。

制作层压板

这项研究是与拉脱维亚里加技术大学的Andris Sutka教授合作完成的，使用一种称为静电纺丝的工艺来制造聚合物纤维。通过调整静电纺丝工具，我们能够调整纺出的聚合物及其厚度。

该研究的挑战之一是排序和控制聚合物层如何相互作用。控制每根纤维相对于另一根纤维的振动方式非常棘手，如果你的顺序错误，产生的电力就会抵消。

另一个挑战是聚合物非常柔软，很容易变形。因此，当我们试图查看材料内部以评估结构时，它们可能会熔化或断裂。这使得表征材料变得困难，并且制造这些微观小型聚合物层压板的过程非常缓慢。

古代问题的现代解决方案

尽管存在这些挑战，但自古希腊人第一次理解电荷以来，我们已经走了很长一段路。

我们过去三年的研究着眼于塑料以及如何控制化学以影响电荷。这是对塑料如何充电的新理解的高潮，这得益于 1900 年代的量子物理学和仪器的发展，使我们能够准确检测正在发生的事情——因为我们需要以非常精确的时间间隔测量非常小的电流。

我们现在正在寻找使用我们产生的能量的不同方式。这项研究产生的能量比以往任何时候都多400倍。然而，它仍然是一个相对较小的数量，因此应用将与太阳能电池或其他类型的质能发电不同。

目前，我们只研究了两种类型的塑料，但还有数百种塑料可以让我们产生更多的能量。

更有可能的是，产生的能量将在其源头使用，因此在转移过程中不会损失这种小而宝贵的能量。在声学能量收集中也有潜在的应用——从人们的谈话和振动中收集能量。

现在我们知道我们可以使用这些纤维并命令它们进行充电，我们可以做不同的外形尺寸，例如管道内部的空心衬里，或者可以记录运输包装经历多少振动的衬垫，并开始设计它来解决不同的问题。例如，如果我们考虑涂覆管道或建造塔架以利用基础设施能源，这可能会有应用。

这一发现的变革潜力令人兴奋，尽管还需要几年时间，因为我们更多地了解如何利用小运动的能量来推动大的进步。

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