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纳米发电机

热电效应
从计算机到汽车再到长距离输电线路等各种设备,大量热能流失到环境中。可以利用热释电效应将热量转化为电能。这种效应首先由希腊哲学家 Theophrastus 观察到,当时宝石碧玺在加热时会产生静电并吸引稻草碎片。这是因为加热和冷却会重新排列某些材料(包括电气石)的分子结构,并造成电子不平衡,从而导致产生电流。
纳米发电机
佐治亚理工学院的研究人员设计了一种称为热释电纳米发电机的装置,用于收集废热以发电。该研究小组应用这一古老原理制造了一种纳米发电机 (NG),该发电机可以利用热源随时间的温度变化来发电。
研究人员使用氧化锌制成的纳米线,以短长度站立最后并演示了一种在加热或冷却时产生电力的装置。随着温度从白天到黑夜的波动,纳米发电机甚至可以发电。
研究人员声称,这种新型 NG 可以成为自供电纳米技术的基础,该技术可以从我们环境中随时间变化的温度波动中收集热能,用于无线传感器、温度成像、医疗诊断和个人微电子学。
纳米发电机的用途
热释电可以在消费电子产品中发挥关键作用,以热释电的形式回收这种热量可能会带来“微能”的新时代。热释电纳米发电机对于为生物应用、医学和纳米技术中的特定任务提供动力非常有用,特别是在太空中,因为它们在低温下表现良好。
乌克兰和美国的努力
乌克兰和美国科学家的联合团队也展示了这种新颖的热释电方法,可以利用废热为微型设备供电。使用称为铁电纳米线的微小结构,可以产生电流以响应环境温度的任何变化,从而收集因热波动而浪费的能量。
热电特性
在铁电纳米线的热电特性中,热电系数对应于纳米线的半径及其耦合。线半径越小,热电系数越发散,直到响应变为顺电的临界半径(高于居里温度)。这种所谓的“尺寸效应”可用于调节铁电纳米结构中的相变温度,从而使系统具有大的、可调的热电响应。
理论上,使用整流触点可以使极化的铁电纳米线产生巨大的热电直流和电压,以响应温度波动,可以使用辐射热检测器收集和检测。这种纳米级装置不包含任何移动部件,适合在体外生物系统和外太空等环境应用中长期运行。
研究人员认为,这些小型纳米发电机在低温下具有非常高的效率,在温度升高时效率会降低。维克森林大学在 Power Felt 上的努力
维克森林大学的科学家们开发了一种名为 Power Felt 的技术,由碳纳米管组成,这是一种将体热转化为电流的热电装置。
Power Felt 由锁定在柔性塑料纤维中的微小碳纳米管组成并制作成织物的感觉。该技术利用温差(例如室温与体温)来产生电荷。
使用强力毡
Power Felt 的潜在用途包括为汽车座椅衬里以增加电池电量和满足电力需求、绝缘管道或在屋顶瓦下收集热量以降低燃气或电费、衬里衣服或运动设备以监控性能,或包裹 IV 或伤口部位以更好地跟踪患者的医疗需求。它可以用作应急包,包裹在手电筒周围,为气象收音机供电,为预付费手机充电,并且可以在停电或事故期间提供救济。织物中的 72 个堆叠层产生了大约 140 纳瓦的功率,添加更多的纳米管层可以使它们更薄以提高功率输出。
据研究人员称,甚至可以制造出内部完全热电的夹克内胆可以从身体热量中收集热量,而外部由于外部温度而保持寒冷,并且可以为 iPod 供电。


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