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        前沿

        2016-03-13 18:02:44
        電子世界 2016年15期
        關(guān)鍵詞:離子型無源懸液

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        細(xì)菌也能發(fā)電!可對(duì)手機(jī)等小型電子設(shè)備充電

        目前,科學(xué)家最新計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)表明,細(xì)菌能夠“發(fā)電”,對(duì)智能手機(jī)等小型電子設(shè)備進(jìn)行充電。

        據(jù)英國(guó)報(bào)道,通常人們是不會(huì)喜歡細(xì)菌的,它們爬行在食物上,或者寄生在家中,但目前科學(xué)家最新研究表明,未來細(xì)菌將幫助我們對(duì)手機(jī)充電。

        科學(xué)家模擬實(shí)驗(yàn)顯示,細(xì)菌的自然運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能可以采集利用,作為微型“風(fēng)力發(fā)電廠”。他們認(rèn)為,細(xì)菌也可以對(duì)智能手機(jī)充電。這項(xiàng)技術(shù)可在微型等級(jí)產(chǎn)生能量,如果得以廣泛應(yīng)用,將具有深遠(yuǎn)意義,有助于解決人類日益增長(zhǎng)的能量危機(jī)。

        英國(guó)牛津大學(xué)研究人員使用計(jì)算機(jī)模擬證實(shí)細(xì)菌作為一種密集活躍物質(zhì),通過組織利用可使圓柱形轉(zhuǎn)子運(yùn)行,可以提供一種穩(wěn)定的動(dòng)力源。他們指出,生物驅(qū)動(dòng)發(fā)電站未來有一天將成為微型發(fā)動(dòng)機(jī),適用于自組裝和自供電的小型人造電設(shè)備,例如:智能手機(jī)或者麥克風(fēng)。

        牛津大學(xué)物理系泰勒-申德魯克(Tyler Shendruk)博士說:“生產(chǎn)千兆瓦級(jí)電能具有一定的挑戰(zhàn),發(fā)現(xiàn)和有效利用微觀等級(jí)發(fā)電也有一定難度。一種潛在的方法是對(duì)微型機(jī)械提供少量動(dòng)能,直接在細(xì)菌懸液采集能量?!蹦壳斑@項(xiàng)最新研究報(bào)告發(fā)表在近期出版的《科學(xué)》雜志上。

        密集細(xì)菌懸液是一種典型的活性液體,該液體流動(dòng)方式是自然的。雖然游動(dòng)中的細(xì)菌能夠群游,驅(qū)動(dòng)無序液體流動(dòng),但它們通常過于混亂無序,難以提取任何有用的能量形式。目前研究人員將64個(gè)微型轉(zhuǎn)子構(gòu)成的一個(gè)晶格放入細(xì)菌懸液,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌能夠自發(fā)地組織在一起,使鄰近轉(zhuǎn)子開始以相反方向旋轉(zhuǎn),這讓人們聯(lián)想到一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電裝置。

        申德魯克博士解釋稱,令人吃驚的是,我們沒有預(yù)設(shè)計(jì)微型齒輪狀渦輪,這些轉(zhuǎn)子能夠自組裝成一種細(xì)菌風(fēng)力發(fā)電裝置。當(dāng)我們?cè)诩?xì)菌湍流中的一個(gè)單個(gè)轉(zhuǎn)子,它被隨機(jī)地“踢開”,當(dāng)我們?cè)诩?xì)菌懸液中放置一批轉(zhuǎn)子時(shí),它們會(huì)突然形成一種規(guī)律性模式,同時(shí)鄰近轉(zhuǎn)子會(huì)以相反的方向旋轉(zhuǎn)。

        研究報(bào)告合著作者、阿敏-多斯特莫哈馬迪(Amin Doostmohammadi)博士稱,從生物系統(tǒng)獲得少量機(jī)械能量是非常寶貴的,因?yàn)樗⒉恍枰斎牍β?,僅使用內(nèi)部生物化學(xué)過程來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。

        著名學(xué)者朱莉婭-約曼斯(Julia Yeomans)教授強(qiáng)調(diào)稱,自然界是非常神奇的,能夠制造微型發(fā)動(dòng)機(jī),如果我們深入理解和分析,它們將具有巨大的潛能。

        最新研究顯示,細(xì)菌可以模擬“微型生物發(fā)電站”,未來對(duì)智能手機(jī)等小型電子設(shè)備提供電能。

        研發(fā)出新型可穿戴離子型無源力學(xué)傳感器

        隨著可穿戴設(shè)備的爆發(fā)式發(fā)展,與其密切聯(lián)系的可穿戴傳感技術(shù)也迅速發(fā)展。目前研究較多的柔性力學(xué)傳感器主要為電阻型和電容型,它們不易檢測(cè)出不同方向的力學(xué)變形,不利于復(fù)雜多維運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)。

        日前,中科院蘇州納米所陳韋研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于離子壓電效應(yīng)的可穿戴離子型無源力學(xué)傳感器,并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)于人體多尺度多維活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。相關(guān)成果發(fā)布于《微尺度》。

        這種離子型傳感器以貴金屬材料或者石墨烯材料作為電極材料,以離子液體作為電解質(zhì)。在受到力學(xué)形變作用下,其內(nèi)部可移動(dòng)離子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng),由于離子液體中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)速度不同,導(dǎo)致兩側(cè)電極上離子的非平衡分布,從而產(chǎn)生電壓輸出。與傳統(tǒng)的壓電特性相類比,這種通過離子運(yùn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的特性被稱之為離子壓電效應(yīng)。與電阻式以及電容式傳感器相比,該離子型傳感器無需外部電源,并且可以對(duì)力學(xué)變形的方向進(jìn)行識(shí)別。

        該離子型無源傳感器可直接貼敷在人體皮膚或衣物上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)大范圍不同方向的手腕運(yùn)動(dòng)、坐姿變化、劇烈運(yùn)動(dòng)前后的微弱脈搏波信號(hào)變化,以及手指觸摸運(yùn)動(dòng)等不同類型不同范圍的人體活動(dòng),離子型傳感器都能實(shí)現(xiàn)良好的監(jiān)測(cè)和分辨。

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