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走向充满动力的可穿戴设备

时间:2021-05-08 11:16:11 | 来源:

礼貌:Johan Bodell /查尔斯工业大学

礼貌:Johan Bodell /查尔斯工业大学

瑞典大学的研究人员开发了一种将动能转化为电能的织物。Subir Ghosh报告。

能量的一种形式可以转化为另一种形式是自然的基本定律,例如物理学。因此,当有人说动能可以转化为电能时,这不会引起任何注意。但是,当有人声称已经开发出一种能够做到这一点的织物时,许多纺织行业的人就会大受关注。

瑞典哥德堡的查默斯工业大学的研究人员确实开发了这种织物。研究人员安雅·隆德(Anja Lund)和克里斯蒂安·穆勒(ChristianMüller)最近宣布了一种机织织物,该织物在拉伸或承受压力时会发电。它可以产生足够的功率来点亮LED,发送无线信号或驱动小型电子设备,例如袖珍计算器或数字手表。

据该大学称,“该技术基于压电效应,这会导致压电材料变形(例如在拉伸时)产生电能。在这项研究中,研究人员通过将压电纱和导电纱编织在一起来制造纺织品,这是传输产生的电流所必需的。”

隆德当时曾说过:“纺织品柔软而柔软,在潮湿或潮湿时效率更高。为了证明我们的研究结果,我们在袋子的肩带中使用了一块织物。包装在袋子中的重量越重,由我们的织物构成的袋子越多,我们获得的电力就越多。当我们的书包里装满3公斤的书本时,我们的连续输出功率为4微瓦。这足以间歇性地点亮LED。通过用我们的纺织品制成整个袋子,我们可以获得足够的能量来传输无线信号。”

但这已经有一段时间了。隆德对这位作家说:“这项研究大约是在10年前作为我的博士项目开始的,这个话题是出于好奇。我拥有电子和纺织工程方面的背景,并且我热衷于将两者结合起来。经过几年的研究,我们能够制造出压电纺织纤维,这些纤维在拉伸或压缩时会产生电压。我们以前使用的压电聚合物以前并未以纤维形式使用,因此我们必须找到正确的加工参数以引起压电效应,并找到一种在纤维中集成导电层以收集显影剂的方法。电荷。

“纤维细而柔软,可以织成或编织成'传统'纺织品。我们研究的第一个应用是感应,例如通过将纤维整合到袜子中,我们可以记录脚步声并绘制鞋底的压力分布图。或者,通过将纤维整合到毛衣中,它们可以通过感应微小的胸部运动来记录心跳。从某种意义上说,这种敏感性成为一个问题,因为光纤还将记录所有其他运动,从而引起很大的噪音。在某种程度上,这可以通过信号处理来解决。”

隆德和穆勒曾与位于波拉斯的瑞典纺织学院和瑞典IVF研究所合作。研究结果发表在《自然》杂志《柔性电子》上,论文名为“雨天的能量收集纺织品:基于带有导电芯的熔纺PVDF微纤维的编织压电材料”。该项目由瑞典战略研究基金会(SSF),克努特和爱丽丝·沃伦伯格基金会以及欧洲研究理事会(ERC)资助。

先前的研究主要集中在传感器及其通过压力敏感性产生电信号的能力上。查默斯(Chalmers)研究人员现在在利用能量连续驱动电子组件方面迈出了一步。

当安雅·隆德(Anja Lund)加入克里斯蒂安·穆勒(ChristianMüller)教授在大学的研究小组时,他们就被利用纤维进行能量收集(即将生物机械运动转化为电能)的想法所吸引。“对于这样的应用程序,“噪声”变得有用,并且需要增加能量。我们开发了一种带有集成导电纱线的机织纺织品,这些纱线需要传导产生的电荷。作为实际演示,该机织织物被用作肩套的肩带。通过在上下楼梯上行走时佩戴此表壳,我能够连续产生几微瓦的功率,她解释说。

她削减了技术细节,简化了外行人的发明:“压电材料会在变形时(即通过拉伸或压缩)产生电压。压电效应存在于许多不同类型的材料中,并且源于原子分布的不对称性。这会导致极化,即该材料的“正”面和“负”面。当这种材料变形时,电荷将在材料内重新分布,并且可以将其测量为电压。

每个人(至少在纺织品和服装行业中)心中的问题是,是否可以将其从实验室中取出来并转化为现实。隆德说:“纤维的纺纱和编织很容易升级。一个实际的障碍是纤维必须承受高压才能变成压电材料,这一过程目前在纺织工业中没有使用。所有电子纺织品的实际困难是将纺织品连接到常规电子产品所需要的软界面。这种连接不可避免地容易受到磨损。”

因此,可能要过一段时间才能看到这种面料制成的服装。正如大学在声明中指出的那样:“现在主要取决于工业产品开发人员,以了解如何利用该技术。”换句话说,将织物转换为“可穿戴”。

在其他可行性方面,隆德强调:“纺织品可以很好地贴近人体使用,产生的电压低且绝对无害。根据使用的材料,我们认为成本可以与GoreTex织物的成本相媲美。”(我们)

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