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以微小湿度变化为动力,日科学家利用新型薄膜制成“半永动机”
金陵 2016-07-24
导语

近日,日本理化研究所宣布,该所相田卓三教授联合东京大学的同行日前开发出以环境中湿度波动为能源的半永久性驱动薄膜传动器。

为实现社会可持续性发展,科学家们正在大力开发太阳光、风力、地热等替代化石能源的自然能源转换和储存技术。但对移动设备和可穿戴设备来说,开发出不需插座充电且轻量小巧的动力源极为重要。为实现这种动力源,需要开发出使用者身边的能量收集技术。

近日,日本理化研究所宣布,该所相田卓三教授联合东京大学的同行日前开发出以环境中湿度波动为能源的半永久性驱动薄膜传动器

研究小组发表在《自然—材料》网络版的报告称,他们开发的薄膜传动器能感知微小湿度变化并半永久性工作。这种薄膜能够根据水分吸收量的变化伸缩,感应湿度变化。此次开发的薄膜能利用很小的湿度变化做出大且高速的伸缩运动,能感知一般湿度计无法探测的微小湿度变化,从而将局部湿度变化高效转化为动能。这种薄膜甚至能将影响水分吸收的光和热等环境波动转化为能量。

图:使用胍碳酸盐(Gdm2CO3)作为起始化合物在目标基板上合成CNP膜的实验示意图。左下角是膜在基板上的照片。右下角是剥离基板后膜的图片。

图:湿度和温度的变化驱动膜的作动运动

虽然此前有报告开发出湿度应答材料,但其屈伸反应慢,且需要非常高的湿度条件,在通常环境下无法转化为动能。研究小组使用了不吸收水分的高分子材料薄膜,但在材料部分设计有吸水结构。在制作薄膜时,让高分子适当排列,实现了吸收极少水分即可做大尺度伸缩运动。研究小组将一部分薄膜镀金,用水滴周围发生的湿度波动作为驱动力,成功开发出单方向运动传动器。薄膜可高速应答环境变化,在强光照射时高速伸缩、跳跃。

该成果对能量收集技术、能量转化材料的设计具有重要意义。由于实现了薄膜运动能高效转化电能,具有实际利用价值。

文章链接:

Hiroki Arazoe, Daigo Miyajima, Kouki Akaike, Fumito Araoka, Emiko Sato, Takaaki Hikima, Masuki Kawamoto, Takuzo Aida, "An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity", Nature Materials, doi:10.1038/NMAT4693

新闻链接:

“Jumping film” harnesses the power of humidity

(本文文字来源:科技日报;特别声明:本文转载仅仅处于传播信息的需要,如果作者不希望被转载,请联系我们!)

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  • 能源环境
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文章评论(1)
王强[西北工业大学]

也不能叫永动机,还是满足能量守恒定律的

535天前 | 回复
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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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