源自剪紙藝術的自充電“紙”器件

 

　　便攜式電子設備，如腕表、助聽器和心臟監(jiān)護器等，通常只需要很少的電量。這些設備獲取能量的來源通常是傳統(tǒng)可充電電池。然而，王中林和他的同事們近些年卻一直在思考如何利用使用者自身運動所產(chǎn)生的能量來為這些電子設備進行供電。他們已經(jīng)創(chuàng)造出了可收集周圍機械能（如走路產(chǎn)生的機械能）并用于為便攜式電子設備供電的摩擦納米發(fā)電機（TENGs,triboelectric nanogenerators）。但是絕大多數(shù)的摩擦納米發(fā)電機的充電效率都很低，為一個很小的電子設備（如傳感器）充電都需要數(shù)個小時。此外，制作摩擦納米發(fā)電機的材料是丙烯酸高聚物，重量很大。

 

　　為此，研究人員轉(zhuǎn)變思路，開發(fā)出超輕、具有菱形剪紙圖案、長幾英寸、由各種不同材料覆蓋的紙質(zhì)供電單元。紙質(zhì)菱形供電單元的四個外表面是由金和石墨覆蓋的砂紙，構(gòu)成了負責能量存儲的超級電容器單元。而供電單元的內(nèi)表面由金覆蓋的紙和氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）薄膜所構(gòu)成的能量收集單元。新型紙質(zhì)納米發(fā)電機單位質(zhì)量和單位體積的電荷輸出分別為82 nC•g-1和75 nC•cm-3（傳統(tǒng)摩擦納米發(fā)電機的相應指標僅為5.7 nC•g-1和5.8 nC•cm-3），因此只需要短短幾分鐘的反復壓縮和釋放，新型紙質(zhì)納米發(fā)電機就可以為電子設備提供1伏特的電壓，足以為遙控器、溫度傳感器或腕表等電子設備提供所需電力。