把發(fā)電機穿在身上 　　科學(xué)家制造出了柔軟的發(fā)電橡膠,在彎折時它能夠把高達80%的機械能轉(zhuǎn)化成電能。除了做鞋墊之外,它還可以做成服裝的配件、日常用品,甚至可以成為植入體內(nèi)的電源
　　猛犸
　　
　　“這看起來是一只鞋,實際上它是個充電器�！比绻�《國產(chǎn)凌凌漆》現(xiàn)在重拍的話,也許會有這句臺詞。當(dāng)年周星馳那只可以做電吹風(fēng)的鞋已經(jīng)落伍了――它居然還要用電池!
　　現(xiàn)在,科學(xué)家已經(jīng)制造出了可以織在衣服中、安裝在鞋墊里的發(fā)電裝置,也許過幾年,從鞋跟里拉出一根電線來為手機充電也不會那么可笑了。隨著納米技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展,人們很快就可以隨時隨地為隨身設(shè)備充電了。
　　早在2008年初,喬治亞理工大學(xué)王中林教授的團隊就制造出了能夠發(fā)電的衣料,在最佳情況下,每平方米的這種衣料可以提供80毫瓦的電力。在電子顯微鏡下,我們會看到每一組發(fā)電材料的結(jié)構(gòu)都像是兩個卷發(fā)筒,上面長滿了氧化鋅纖維。當(dāng)這些衣料折疊、抖動,甚至只是輕微變形,兩個滾筒就會相互擠壓,產(chǎn)生電流,并通過鍍金的纖維傳遞出來。
　　這種發(fā)電裝置的原理是壓電效應(yīng),和煤氣灶電打火器或者一次性打火機一樣。1880年,皮埃爾•居里和他的兄弟發(fā)現(xiàn)了某些晶體能夠?qū)�機械能和電能相互轉(zhuǎn)換�，F(xiàn)在我們的生活中已經(jīng)充滿了大量的壓電材料――從石英表到手機中的小零件,從太空到深海。
　　壓電材料是一大類材料的統(tǒng)稱,它們的共同點是電荷中心并不在晶格內(nèi)的同一個位置。雖然整體表現(xiàn)出電中性,但是當(dāng)形狀有哪怕極輕微的改變,電荷分布馬上變得不平衡,宏觀表現(xiàn)就是產(chǎn)生了電流�，F(xiàn)在使用最廣泛的壓電材料是鋯鈦酸鉛(PZT),人們通常將這種原料粉碎,然后燒結(jié)成壓電陶瓷來使用。2002年,新加坡國立大學(xué)和國防機構(gòu)已經(jīng)開始嘗試把這樣的壓電材料裝在鞋里,收集人體浪費的能量進行發(fā)電。然而這項研究一直沒有太大的進展:為了保持壓電材料不被折斷,它必須有足夠的厚度,因此這種發(fā)電鞋穿起來不夠舒服。
　　普林斯頓大學(xué)的機械工程學(xué)教授邁克爾•麥卡爾平最近解決了這個問題。他的團隊使用制造集成電路的蝕刻法,把厚度只有10微米的PZT薄片封裝在硅橡膠中�，F(xiàn)在他們制造出了柔軟的發(fā)電橡膠,在彎折時它能夠把高達80%的機械能轉(zhuǎn)化成電能,是原來同類產(chǎn)品的4倍。
　　這是一個創(chuàng)舉。PZT的燒結(jié)溫度高達1200度左右,沒有辦法直接和硅橡膠結(jié)合。麥卡爾平用了兩個步驟來解決這個問題:在氧化鎂基板上刻出極細的溝槽,讓PZT原料在其中燒結(jié)成晶體;然后覆上一層硅橡膠薄片,接好電路,再將氧化鎂基板溶解掉。PZT含鉛,直接接觸生物體時會造成危害,因此還需要再蓋上一層硅橡膠,將其徹底包裹起來。制作出的成品看起來像是細細的柵欄――1厘米有100條以上的PZT晶體,每條晶體只有0.01毫米寬。下一步,他們打算制造面積更大的產(chǎn)品,最終目標(biāo)是將之變?yōu)榭梢噪S身攜帶、隨時發(fā)電的發(fā)電機。
　　這種發(fā)電橡膠可能有很多用途。除了做鞋墊之外,它還可以做成服裝的配件、日常用品,甚至可以成為植入體內(nèi)的電源,因為硅橡膠有很好的生物相容性。在麥卡爾平的設(shè)想中,這種只要一點點變形就可以發(fā)電的裝置可以利用人呼吸時肺部的變形來發(fā)電,只要將其植入體內(nèi),比方說緊貼著肋骨,它就可以給諸如心臟起搏器這樣的小設(shè)備提供電力。
　　現(xiàn)在研究人員還沒有開展動物實驗來檢測這種發(fā)電機的生物安全性,但是已經(jīng)有了將其安裝在鞋上的計劃。如果它發(fā)出的電力能夠給手機或者iPod充電,就已經(jīng)可以算得上是非常有價值的產(chǎn)品了。隨著電子設(shè)備能耗越來越低、我們對隨身設(shè)備的依賴越來越強,這種柔軟的發(fā)電機也許能夠給我們帶來更多的自由。

相關(guān)熱詞搜索：新知 新知 新知教育 新知雜志