中国人自主研发的“智能衣服”,可以发电、变色还能发光

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克日,复旦大学高分子科学系彭慧胜团队乐成将显示器件的制备与织物编织历程融合,即是是把电池“穿”在了身上。未来,人们可以通过衣服对手机举行无线充电。“作育TALK”是一个致力于“发现缔造力”的剧院式演讲平台。请听彭慧胜教授在“作育TALK”上先容神奇的高能质料。

衣服的基本单元是纤维,纤维衣服基本的作用是防寒保暖。然则,人人能否想象在不久的未来,一件衣服可以发电、可以治病,可以让你飞檐走壁?

让我们首先从能源讲起。我们常见的能源器件分两类:一类用于发电,叫能源转换器,好比太阳能电池;另一类用于储存能量,好比锂离子电池或超级电容器。这两类能源器件,我们通常见到的是板状或块状结构,是刚性而且对照粗笨的。

这种结构限制了它们在许多领域的应用,尤其是一些主要的新兴领域,例如可穿着装备领域。以是我们设想,若是能把太阳能电池、锂离子电池做成纤维,就可以酿成织物,最后做成衣服。未来,我们穿着这种能发电的衣服,可以解决许多领域的用电需求,从而改变我们的生涯。

『能发电、能储电』

要做成能发电的衣服,首先我们要获得能发电的纤维。

这种能发电的纤维是一个器件,而任何器件的焦点部件都是电极,以是首先要获得纤维的电极质料。我们发现晰一种名为“取向”的怪异质料,它是由碳纳米管通过拉丝的方式获得的。

碳纳米管是一个什么样的质料?它是一个由碳原子形成的管状结构,其直径只有头发丝的千分之一到万分之一,密度是钢的1/6,强度却是钢的100倍。它的电导率与金属相当,以是可以制作成纤维状碳纳米管电池,然后制成衣服,这样的衣服一个日间(10小时)可发电6.1万毫安时,相当于频频为苹果手机充电4次。

这件衣服的基本单元是纤维太阳能电池。它是怎么做成的?作为电极的碳纳米管纤维,我们在它的外面镀上红色的光电活性子料,用于吸收太阳光,发生电。而碳纳米管纤维的正面涂了另外一层电极膜,两个电极可以把红色光电活性子料发生的电传到外电路。

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在频频弯折时,这种碳纳米管纤维仍可稳固供电。现在,光电转化率最高可到达9.45%,这意味着它可以在商业上举行推广应用。这个纤维状的太阳能电池另有一个怪异的优点,即不管阳光从哪个角度照过来,它的光电转化率都异常稳固。因此,当你穿一件由这种纤维制成的衣服去运动时,这件衣服仍然能高效、平安地为你随身携带的电子产物供电。

在日间,太阳能电池可以供电,那晚上怎么办?我们希望,这件衣服可以将日间的电通过电池储存起来,供晚上需要的时刻使用。以是,我们还希望把锂离子电池、超级电容器等储能的器件也做成衣服。

这就是这类神奇纤维的第一大功效―――发电、储电。

『可变色、可发光』

接下来先容这类纤维的第二大功效,它可以变色,也可以发光。未来,我们可以把它做成林林总总的颜色,把它图案化,使它根据你的需求举行改变。也就是说,你只需要买一件衣服,就可以顺应差异场所的穿搭。

变色的纤维是怎么制成的?我们知道,变色龙可以在差异环境下改变皮肤的颜色,主要源于它皮肤表层质料结构的转变。基于类似思绪,我们引入了“丁二炔”这类高分子质料,它可以和碳纳米管举行复合,当通电时,这种高分子质料的结构会发生转变,颜色也会随之发生转变。蓝色的纤维在通电后会酿成红色,当关闭电源后,红色又酿成蓝色,整个历程在1秒内完成,可频频举行。

衣服又是怎么发光的呢?我们首先在一根纤维(可以是碳纳米管纤维)的电极基底上涂上一层发光的活性子料,再涂上另一层发光电极,这现实上就是在两个电极中央夹着活性发光质料。这样,一根纤维在很小的电压(3―5伏)下,可以平均地360度发光,而且它是可控的,你可以获得差异颜色的光。

现实上,这种纤维另有其他许多功效。好比,它可发烧、可制冷,能轻松应对一些极端条件。我们还可以把这种纤维做成手套,只要你戴上手套,就可以在墙壁上爬行,这有点像影戏里的蜘蛛侠。

人人可能会问:这类多功效的神奇纤维质料什么时刻可以买到?价钱怎样?未来,大部门工薪阶级都可以买得起由这种纤维质料制成的衣服。我们有理由期待,在不久的未来,这类纤维质料可能推翻我们的生涯方式,缔造人类全新的未来。

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