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伦斯勒理工学院开发环保材料在压缩或受到振动时可以产生电能

盖世汽车 Elisha 2024-10-22 12:23:19

核心提示：想象一下，轮胎可以在车辆行驶时为其充电。

盖世汽车讯想象一下，轮胎可以在车辆行驶时为其充电，路灯可以通过交通环境中的隆隆声供电，或者摩天大楼可以在建筑物自然晃动时发电。据外媒报道，伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员开发出在压缩或受到振动时能产生电能的环保材料，从而使这些能源创新成为为可能。

（图片来源：伦斯勒理工学院）

该团队开发了一种聚合物薄膜，其中注入特殊的硫族钙钛矿化合物（chalcogenide perovskite compound），这种化合物在受到挤压或压力时会产生电能，这种现象被称为压电效应。尽管目前还有其他压电材料，但这是少数不含铅的高性能材料之一，由此成为机器、基础设施以及生物医学应用的极佳选项。

研究人员Nikhil Koratkar表示：“这一发现具有推动向绿色能源过渡的潜力。铅是有毒的，并且在材料和设备中逐步受到限制和淘汰。我们的目标是创造一种无铅材料，并且可以使用自然界中常见的元素进行低成本制造。”

Koratkar指出，这种能量收集膜的厚度只有0.3毫米，可以集成至各种设备、机器和结构中。“本质上来，这种材料可以将机械能转换为电能，所施加的压力负荷越大，施加压力的表面积越大，效果就越明显。例如，当汽车驶过高速公路时，它可在高速公路下方用于发电；它还可用于建筑材料内，在建筑晃动时发电。”

压电效应发生在结构不对称的材料中。在压力作用下，压电材料会发生变形，从而导致材料内部的正负离子分离。这种现象名为“偶极矩”，可以被利用并转化为电流。在该团队发现的硫族钙钛矿材料中，结构对称性在压力下很容易被打破，从而产生明显的压电响应。

研究人员合成含有钡、锆和硫的新材料，并让它承受各种身体运动（比如走路、跑步、拍手和轻敲手指），以测试其发电能力，结果发现，在这些实验中，这种材料可以产生电能，甚至足以为LED（能够拼写出RPI）供电。Koratkar表示：“测试表明，这项技术可能是有用的。例如，跑步者或骑行者佩戴的设备，可以照亮他们的鞋子或头盔。然而，这只是一个概念验证，我们希望最终能看到这种材料实现大规模应用，对能源生产真正产生影响。”

展望未来，该实验室将探索整个硫族钙钛矿化合物家族，以寻找那些能够表现出更强劲压电效应的化合物。据称人工智能和机器学习可能是实现这一目标的有用工具。