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可利用體熱給iPod充電的新型低成本電氈

來源:不詳       更新時間:2012-3-22 22:10:31
 

  據美國物理學家組織網近日報道,美國維克森林大學和其他研究機構最近共同研究出一種新型有機熱電纖維,能大大提高材料的輸出功率并降低成本。相關論文發表在最近的《納米快報》上。

  幾十年前人們就已開始研究熱電材料并已實現了商業化應用,但傳統方法是用碲化鉍等無機材料制造。一些新研究顯示,有機材料可能有成本更低、制造容易、靈活柔韌等更多優點。不過迄今為止,有機材料的性能仍不如無機材料,比如用柔性熱電材料做成腕表,通過體溫和外界環境溫差來充電,如果用現在的碳納米管/聚合物復合材料制造的話,那需要500平方厘米的纖維,比普通的腕表要大50倍。

  研究人員解釋說,高性能熱電纖維的關鍵問題是在材料兩面產生大的溫差,由于碳納米管/聚合物復合材料非常薄,其表面垂直溫差就很有限;而新材料稱為“電氈”,是一種多層碳納米管/聚合物復合材料,電輸出功率比以前大大提高。

  “電氈”由幾百層導熱和絕熱薄膜交替構成,導熱材料中含有碳納米管,絕熱材料由聚合物構成,每層的厚度僅25微米到40微米。層與層之間平行排列,使溫差呈梯度漸變。由于塞貝克效應,電子或空穴會從熱的一邊遷移到冷的一邊,這就將溫差轉化為電壓。總電壓等于每層電壓的和,所以增加層數就相當于串聯電源增加電壓,而層數只受到熱源所能產生的總體溫差的限制。在新研究中,熱源的溫度限制在117℃,達到或超過這一溫度,聚合物會變形。

  他們演示了一塊由72層纖維制作的“電氈”,在溫差為50℃時,能產生137納瓦的最大功率。理論上功率還能再提高,如用300層纖維產生100℃溫差,輸出功率將達到5毫瓦。

  “目前做腕表材料的話,用這種纖維只要10平方厘米就夠了。而且薄膜層數越多(它們可以極薄),小面積內的功率就越高。我們現在的材料還沒達到最優化,還能造出功率更高的材料。”維克森林大學納米技術中心大衛·卡洛說,如果大規模地生產多層碳納米管/聚合物復合材料,用它們發電成本可以降到每瓦1美元,而且很容易生產。相比之下,碲化鉍等熱電材料的發電成本為每瓦7美元。

  大規模生產這種材料就能以較低成本大量發電,在收集能量方面比其他方法更有成本競爭力。“這種材料的用途很廣,且電流輸出功率很容易調節。如果需要更高功率,只需簡單地換個更大面積的。”卡洛說。

  研究人員預測,除了制作腕表,低成本有機熱電纖維還可用于服裝,比如做冬天穿的夾克的內襯,利用體熱和戶外溫差給iPod等電子產品充電。此外,這種“電氈”還能用于回收利用汽車廢熱、提高燃料里程、作為座椅內襯輔助給交通工具充電、安裝在屋頂板下面幫助減少房屋耗電量等。

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