科学家发明可利用指尖汗液发电装置

2021年07月20日 16:05 次阅读 稿源:参考消息 条评论

据英国《每日邮报》网站7月13日报道,研发人员宣称,一种像石膏一样缠绕在手指上的新型可穿戴装置可以在人睡觉时收集汗水并利用它发电。这款装置的样机目前只能储存少量电力,需要连续佩戴3周才能为智能手机提供电力,但美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的研发人员希望未来能够提高容量。

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他们发现,佩戴10个小时能产生可让手表走24小时的电力——大约400毫焦。

而这仅仅是一个指尖。研究人员说,其他指尖也绑上该装置就可以产生10倍于此的电力。

大多数可穿戴发电装置需要佩戴者进行高强度运动,或依赖阳光等外部来源或温度的大幅变化。

研究团队解释说,这种新装置利用一个无源系统用指尖上的汗液发电,即使你正在睡觉或完全静坐。

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这是因为指尖是人体最多汗的部位。借助一种智能海绵材料,汗液可以被导体收集和处理。当佩戴者按压、开始出汗或轻敲手指时,能量收集器会产生少量电力。它将打字、发短信、弹钢琴或敲摩尔斯电码等活动转换成额外的电力。因此,发一条推文就可以为手机充电。

研究报告的共同第一作者、博士生尹路(音)说:“与其他汗动力可穿戴装置不同,这款装置不需要运动,佩戴者无需任何身体输入就能发挥作用。”

他说:“这项工作是朝着让可穿戴装置更实用、更方便、更易为普通人使用的方向所迈出的一步。”

研究人员说,指尖是人体汗腺最集中的部位之一,每个指尖产生的汗液是其他大多数部位的100到1000倍。

尹路说:“我们感觉身体其他部位更多汗的原因是那些部位通风不好。相比之下,指尖总是暴露在空气中,一出汗就蒸发掉了。因此,我们不让指尖的汗液蒸发掉,而是用我们的装置收集汗液来产生能量。”

但从这么小的部位收集汗水并将其转化为电力,需要特殊的材料和工程技术。

报道称,这种装置装有电导体或电极,由碳泡沫制成,可吸收手指上的汗液。电极上的酶会引发汗液分子——乳酸和氧气之间的化学反应,从而产生电力。电极下的一块由“压电材料”制成的小芯片在受到按压时也会产生电力,电力储存在一个小电容器中,在需要时放电到其他设备上。

尹路说:“这个装置大约有1平方厘米大。材料也很柔韧,所以不必担心它太硬或感觉怪异。你可以舒适地长时间佩戴它。”

为了测试该装置,研究人员让一名志愿者把它戴在手指上,然后执行各种任务,包括打字、敲击甚至睡觉。在10个小时的睡眠时间里,该装置收集了近400毫焦的能量,足以为一个电子腕表提供24小时的电力。

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高级作者约瑟夫·王教授说:“这项技术能让使用者不费力气就获得能量。这就是我们所说的最大投资能源回报。”

大多数将汗液转化为电能的装置要求佩戴者进行像跑步或骑车这样的高强度运动,但这个装置不需要。

尹路说:“在你跑步时,你投入数百焦耳的能量,而装置只能产生以毫焦计的能量。在这种情况下,你的投资回报率很低。”

在一项实验中,手指充电器与一个化学传感器和一个小型低功率屏幕相连。将手指充电器每10秒钟按10次或戴两分钟,就足以驱动传感器和屏幕。

尹路说:“我们的目标是让它成为一种实用的装置。”他还说,他们正在努力使其更加高效和耐用。

它还将与其他类型的能量收集器结合起来,以创建新一代的自供电可穿戴系统。

这项研究结果发表在美国《焦耳》杂志上。

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