柔性电子: 柔性电子在未来的应用

anzihao 坐标: 102548 目录:婚姻家庭

如今能源问题日渐凸显,研究如何利用新能源、如何进行能量采集极其重要。如果使用柔性材料制作能源转化器件,可以极大提高能源利用率,颠覆我们的生活。

相信大家对摩擦生电都不会陌生,一种材料比较容易失去电子,另一种材料比较容易得到电子,有这两种特性的材料互相摩擦就可以带电。当两种材料接触在一起的时候,正负电荷中心在同一个平面,处于中和状态,则对外不显电性。如果施加一个外界机械力,使得两种材料分离,正负电荷就会永久地保留在材料上面,两种材料之间就会形成电场。如果在两种材料背后分别镀上一个金属电极,电场就会使得金属电极之间的电子发生转移,从而对外电路形成一个电信号。该原理应用到柔性电路,可以将电信号用来进行各种机械传感运动。比如佐治亚理工学院的王中林教授团队研发的智能键盘就是其中一种代表性应用。由于人的皮肤容易失去电子,如果用容易得到电子的柔性材料制作智能键盘的表面,那么当手指接触键盘时,就会产生电子转移——手指带正电,键盘带负电。如果手指离开键盘,就会产生电场变化。这会使智能键盘内部安装的金属电极产生电势差。电势差会使电极之间发生电子转移,而转移的数量与手指敲击键盘的力度和手指与键盘的接触面有着密切的关系,因而可以识别使用键盘的对象,若有非授权人士使用这个机器就会触发警报系统。由于自然界大部分材料都具有容易得到或者失去电子的特性,这种器材选材非常广泛,因而成本低廉,而且工序并不复杂,易于推广。

除了摩擦生电,还有许多原本被浪费的能量也可以借助柔性器件转化为电能。譬如柔性材料制作的太阳能电池,基于柔性材料质量轻、贴合度高的特点,可以把它铺在高低不平的表面上将太阳能转换成电能,不仅可以大幅度提高太阳能利用率,而且便于工人携带作业,减轻表面承重。如果我们在书包或者野营帐篷上包裹一层柔性太阳能电池,就可以利用太阳能给手机电脑充电了。还有柔性热电器件,能够通过温度差把热能转化成电能,柔性器件包裹在正在发热的工厂机器上,或者包裹在家家户户都使用的厨具上,不仅可以保温,还获取了这些原本会被浪费的热能。柔性器件还可以安装在生活中所有有机械运动的地方,公路、车轮、运动器材,甚至鞋子,充分利用一切零散的能量。

甚至人体也有许多能量可以被利用,心脏的跳动、运动时体温的升高都可以通过柔性材料转化成能量。穿一种超级衣服,在人体运动时造成材料分离,摩擦生电。未来移动电源可能会被淘汰,因为,人体本身将有望变成一个小型移动发电站,每个人都可以为自己的电子设备供电。■

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