使用液态金属将动作变成电 - 甚至水下

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迈克尔·迪基 mddickey@ncsu.edu.

哑光船员 matt_shipman@ncsu.edu.

北卡罗来纳州立大学的研究人员创造了一种柔软且可伸缩的装置，将运动转化为电力，可以在潮湿的环境中工作。

“机械能 - 如风，波浪，车身运动和电动机的振动等机械能 - 丰富，”迈克尔迪基，一篇论文的纸张的相应作者和亨利·德雷福斯（Camille＆HenryFreyfus）的化学和生物分子工程教授状态。“我们创建了一种可以将这种类型的机械运动变成电力的设备。其中一个显着的属性是它在水下完全工作。“

能量收割机的心脏是镓和铟的液态金属合金。用水溶胀，合金包装在水凝胶中 - 一种柔软的弹性聚合物。

水凝胶中的水含有溶解的盐，称为离子。离子组装在金属表面，其可以在金属中引起电荷。增加金属面积提供更多表面以吸引电荷。这产生电力，该电力由连接到设备的电线捕获。可以找到该技术的视频https://www.youtube.com/watch?v=vb3jgapwqge.。

“由于装置柔软，任何机械运动都会导致它变形，包括刮擦，拉伸和扭曲，”Dickey说。“这使得对收获机械能成为多功能。例如，水凝胶足够弹性，以拉伸到其原始长度的五倍。“

在实验中，研究人员发现，通过几毫米变形，产生大约0.5 mW的功率密度^-2。这种电量与几种流行的能量收集技术相媲美。

“然而，其他技术不起作用，如果在潮湿的环境中，Dickey说。“这种独特的功能可以使生物医学设置的应用程序能够对海洋环境的运动磨损。此外，设备简单。

“有一条可以增加电力的途径，所以我们考虑我们在这里描述的工作是一个概念验证演示。”

研究人员正在进行中有两个相关的项目。

一个项目旨在通过增加收割机的功率输出来使用该技术来动力可穿戴设备。第二个项目评估该技术如何用于从海洋中收获波力。

本文，“软可变区域电气双层能量收割机，“发表在期刊上先进的材料。本文的第一作者是veenasri vallem，博士。在NC状态的学生。共同作者包括Erin Roosa和Tyler Ledinh，当时完成工作时在NC状态下是本科生;Sahar Rashid-Nadimi和Abolfazl Kiani在NC州访问学者，现在在加州州立大学，Bakersfield;韩国Sungkyunkwan大学的Woojin Jung和Tae-Il Kim，在访问NC状态时在该项目上工作。

这项工作是以NC州的支持完成的辅助中心，由国家科学基金会提供资助，委托EEC-1160483。北卡罗来纳州沿海研究所和韩国技术研究所监督的创新增长计划促进全球才能的额外支持。

- 船员 -

编辑注：研究摘要跟随。

“软可变区域电气双层能量收割机”

作者：Veenasri Vallem，Eri​​n Roosa，Tyler Ledinh和Michael D. Dickey，北卡罗来纳州立大学;萨哈尔拉希德 - 纳迪米和北卡罗来纳州立大学和加利福尼亚州立大学的Abolfazl Kiani，Bakersfield;沃金涌和泰伊尔金，菅直线大学

发表：8月31日，先进的材料

迪伊：10.1002 / ADMA.202103142

抽象的：软件可穿戴电子设备，植入物，软机器人，传感器的技术承诺 - 加速了对可变形能源的需求。可以将机械能转换为电能的装置可以实现自动供电，无线和可持续的设备。在这项工作中，我们报告了基于可变区电双层（EDL）电容器（〜40μFcm^-2）。机械地改变EDL区域，从而使电容破坏平衡并产生通过外部电路的电荷移动的驱动力。通过刚性电极之间的水滴压下水滴的先前EDL电容器改变了接触面积。相反，Harvester在这里由包裹在水凝胶中的液态金属电极组成。通过〜25％的应变变形，产生功率密度〜0.5 mw m^-2。这种非常规方法很有吸引力，因为（1）它不需要外部电压供电来提供充电;（2）电极本身变形;（3）它可以在各种变形模式下工作，例如按压，拉伸，弯曲和扭转。收割机运行水下的独特能力显示出可穿戴的有希望的应用，它接触汗水，水下传感和蓝色能量收集。