中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月10日報道,，由美國佐治亞理工學(xué)院的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組稱,，他們?nèi)涨伴_發(fā)出了一種透明的柔性摩擦電發(fā)電機(jī)。這種微型發(fā)電機(jī)能將散步這樣的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電,，能“感覺”到一根羽毛飄落下來產(chǎn)生的壓力,，能用來制造自供電的觸摸屏，在電子產(chǎn)品,、環(huán)境監(jiān)測以及醫(yī)療設(shè)備制造等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力,。

    摩擦電是自然界中最常見的一種現(xiàn)象之一，無論是梳頭,、穿衣還是走路,、開車都能遇到。但同時它們又很難被收集和利用,，因此也往往被人視而不見,。在新研究中,，由美國佐治亞理工學(xué)院教授王中林領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，借助柔性高分子聚合物材料成功地將摩擦轉(zhuǎn)化成為了可供使用的電力,。

    這種摩擦電發(fā)電機(jī)依靠摩擦點電勢的充電泵效應(yīng),，通過聚酯纖維薄片與聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄片的摩擦來產(chǎn)生電力。借助一種分離技術(shù),，當(dāng)摩擦發(fā)生時,，兩層聚合物薄膜之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差，經(jīng)由外部電路即可形成電流,。在摩擦中,，聚酯纖維產(chǎn)生電子，聚二甲基硅氧烷則負(fù)責(zé)接收電子,。此外,，外部的按壓產(chǎn)生的機(jī)械形變也能使它們發(fā)生摩擦產(chǎn)生電力。

    雖說光滑的表面在相互摩擦?xí)r也能產(chǎn)生電荷,，但這些電荷的數(shù)量并不能滿足應(yīng)用的需要,。于是王中林和他的團(tuán)隊通過改變摩擦表面圖案的方式來產(chǎn)生更大的電流。研究人員分別對線條,、立方體和金字塔三種圖案進(jìn)行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金字塔圖案的表面在摩擦?xí)r加速了電荷的形成,，更利于電荷的分離,，能產(chǎn)生最多的電流，極大地提高摩擦電發(fā)電機(jī)的效率,。

    為了制造這種微型摩擦電發(fā)電機(jī),，研究人員首先借助光刻和蝕刻工藝，用硅片制造出一個模具,；而后將液體的PDMS和一種交聯(lián)劑混合在一起后涂抹到模具上,，等待冷卻后就形成了一張薄膜；最后再將兩種獨有金屬電極的高分子聚合物薄膜銦錫氧化物（ITO）與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜貼合在一起,，形成三明治結(jié)構(gòu),。實驗證實這種具有微結(jié)構(gòu)陣列的摩擦電發(fā)電機(jī)的輸出電壓可達(dá)18伏，每平方厘米可產(chǎn)生0.13微安的電流,，峰值電流可達(dá)0.7微安,。

    由于這種摩擦電發(fā)電機(jī)采用透明的柔性材料制造，未來它將有望取代目前普遍使用的觸摸顯示裝置,。此外,，該摩擦電發(fā)電機(jī)還可以用作高靈敏度壓力傳感器。研究人員稱,，這種壓力傳感器非常敏感,，即便是落下的水滴或是飄落的羽毛這樣的微小壓力也會被準(zhǔn)確地“感覺”到,，該裝置有望在有機(jī)電子材料和光電系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

    研究人員稱,，這種微型發(fā)電機(jī)制造工藝簡單,，成本低廉，能很方便地進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用,。同時它還具有極好的耐久性和可加工性,，可輕松融入其他產(chǎn)品的設(shè)計當(dāng)中。

    王中林說：“摩擦無處不在,，這賦予了摩擦電發(fā)電機(jī)廣泛的應(yīng)用前景,。但它并不會將我們之前發(fā)明的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)取而代之，它們各有優(yōu)勢,，在很多方面能并存且相互補(bǔ)充,。”

    這項研究由美國國家科學(xué)基金會,、美國能源部和美國空軍贊助,。相關(guān)論文發(fā)表在6月出版的《納米快報》雜志上。（王小龍） 

    《科技日報》（2012-07-12 二版）