一種新裝置可以在佩戴者睡覺的時候從指尖獲取能量

2022-10-08 10:24:12 字數 1620 閱讀 4433

據外媒報道,夏天的熱浪讓你感到汗流浹背?別擔心,不是所有的汗水都白費了。在7月13日發表在《joule》上的一篇**中,研究人員開發了一種新裝置,它可以從你指尖各處的汗液中收集能量。

截止到目前,該裝置是迄今發明的最有效的身體能量收割機,其可以在10小時的睡眠中、在沒有任何機械能輸入的情況下,每平方厘公尺能產生300毫焦耳(mj)的能量,單按乙個手指就能產生額外的30毫焦耳的能量。研究人員表示,該裝置代表著自可持續可穿戴電子產品向前邁出的重要一步。

「通常情況下,你希望能源投資獲得最大回報。你不會想通過運動消耗大量的能量,而只得到一點點能量,」加州大學聖地牙哥分校奈米工程教授、**資深作者joseph wang說道,「但在這裡,我們想要創造一種適應日常活動的裝置,幾乎不需要任何能量投入--你可以完全忘記裝置的存在去睡覺或做像打字這樣的辦公桌工作,但仍能繼續產生能量。你可以把它叫做『無所事事的力量』。」

以前使用汗液發電的裝置需要劇烈運動如大量跑步或騎車,然後才能排出足夠的汗來發電etmcji。但在運動過程中消耗的大量能量很容易抵消掉產生的能量,通常會導致投資的能量回報不到1%。

相比之下,這種裝置屬於研究人員所稱的能量採集器的「聖杯」類別。它不需要依賴陽光或運動等不規則的外部**,而只需要手指接觸就可以在睡眠期間收集超300mj的能量--研究人員稱,這足以為一些小型可穿戴www.cppcns.com電子裝置供電。因為不需要運動,所以收集的能量和投入的能量之間的比例本質上是無限的。

選擇指尖而非腋下作為汗腺的**似乎有些奇怪,但事實上,跟身體其他部位相比,指尖的汗腺密度最高。

「在手指處產生更多的汗水可能是為了幫助我們更好地抓東西,」**的第乙個合著者lu yin 指出,「手指上的出汗率可以高達每分鐘每平方厘公尺幾微公升。跟身體其他部位相比,這是非常重要的,那裡的出汗率可能要小兩到三個數量級。」

研究人員在這項研究中開發的裝置是一種名為程式設計客棧生物燃料電池(bfc)的能量收集器,由乳酸鹽(汗液中的一種溶解化合物)提供動力。從外部看,它就像一塊簡單的泡沫,連線著乙個帶有電極的電路,所有電極都連線在手指墊上。泡沫由碳奈米管材料製成,該裝置還包含一種水凝膠,這有助於最大限度地吸收汗水。

「該裝置的大小約為1平方厘公尺。它的材料也非常靈活,所以你不必擔心它太硬或感覺奇怪。你可以舒適地穿戴很長一段時間。」yin說道。

在該裝置內會發生一系列的電化學反應。這種電池在陽極上配備了一種生物酶,它可以氧化乳酸或從乳酸中去除電子;在陰極上沉積少量鉑,以催化還原反應,利用電子將氧轉化為水。一旦發生這種情況,電子就會從乳酸流過電路進而產生電流。這個過程是自發的:只要有乳酸,就不需要額外的能量來啟動這個過程。

跟bfc分離但互補的是,將機械能轉換為電能的壓電發電機也連線在該裝置上,這可以額外獲取高達20%的能量。依靠手指的自然捏動或打字等日常動作,這些發電機幾乎無需任何工作就能產生額外的能量:每小時一次手指按壓只需要0.5mj的能量,但產生的能量超過30兆焦耳,投資回報率為600%。

研究人員能使用該裝置為有效的維生素c和鈉感知系統提供動力,程式設計客棧另外通過該裝置的改進使其在程式設計客棧未來擁有更強大的能力持樂觀態度,這可能使它適合於健康和健康應用。「我們想讓這種裝置跟手套等可穿戴裝置更緊密地結合在一起。我們也在探索使無線連線到移動裝置以實現擴充套件連續感測的可能性,」yin說道。

「有很多令人興奮的潛力,」wang稱,「我們有十個手指可以用。」

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