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突破性材料將機械振動轉(zhuǎn)化為電能
據(jù)《科創(chuàng)析日報》信息:滑鐵盧大學(xué)和多倫多大學(xué)組成的科研團隊歷時10年,終于在近日研發(fā)出了一種基于壓電效應(yīng)(piezoelectric effect)的突破性材料,可將簡單的機械振動轉(zhuǎn)化為電能,從而為物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備的傳感器提供清潔能源。
所謂“壓電效應(yīng)”,是指在某些晶體中,施加壓力或拉伸會導(dǎo)致晶體的電荷分布發(fā)生變化,產(chǎn)生電荷極化的現(xiàn)象。這種極化可以產(chǎn)生電場,從而在晶體兩端產(chǎn)生電壓。反過來,當(dāng)施加電場時,晶體也會發(fā)生形變。
這種效應(yīng)具有非常廣泛的實際用途。在傳感器中,壓電效應(yīng)可以將機械變形轉(zhuǎn)化為電信號,從而實現(xiàn)對物理量的測量;在振蕩器和壓電馬達(dá)中,壓電效應(yīng)可以將電信號轉(zhuǎn)化為機械振動,實現(xiàn)機械能和電能的轉(zhuǎn)換。
但是,目前的商業(yè)設(shè)備中使用的傳統(tǒng)壓電材料發(fā)電能力有限,而且所含的鉛在生產(chǎn)、使用和處理過程中可能會被釋放到環(huán)境中,對人體健康造成一定的危害性;另外,在制造過程會排放出有害氣體,如二氧化碳、二氧化硫等。
為了解決環(huán)保問題,研究人員使用 Jahn-Teller 效應(yīng)培育了一種名為 edabco 氯化銅的分子金屬鹵化物化合物,在擠壓之后也可以產(chǎn)生能量。氯化銅的分子結(jié)構(gòu)由一個銅離子和一個氯離子組成??蒲袌F隊將這種材料制成 2.5 平方厘米、名片厚度的納米發(fā)電機。這種納米發(fā)電機在不需要鉛或不可再生能源的情況下,可以收集人體跑步運動、車輛運轉(zhuǎn)等各種來源的機械振動,從而產(chǎn)生電能。
“該材料的潛在應(yīng)用包括為飛機傳感監(jiān)測系統(tǒng)或無電池起搏器中的傳感器供電?!被F盧納米技術(shù)研究所研究員 Dayan Ban 博士介紹說。
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