美国德克萨斯大学开发出可利用机械能发电的碳纳米管捻线

中国航空报讯：美国德克萨斯大学达拉斯分校开发了一种称为“捻线”的新型碳纳米管纱线，这种纱线在拉伸或加捻时会产生电力。缝在纺织品上的捻线可以感知人类的运动；安装在盐水中的捻线可以从海浪的运动中收集能量；而这种新型捻线甚至可以为超级电容器充电。

德克萨斯大学的研究人员2017年发表在《科学》杂志上的一项研究中首次描述了twistrons捻线，它是由碳纳米管（CNTs）组成的，碳纳米管被扭曲成高强度、轻质纤维或纱线，其中可以加入电解质。以前版本的捻丝管具有很高的弹性，研究人员通过引入大量的捻度来实现这一点，使纱线线圈像一个过度扭曲的橡皮筋。线圈的纱线通过反复拉伸和释放，或者通过加捻和解开来产生电力。

在这项新研究中，研究小组将三股单独的碳纳米管纤维缠绕在一起，制成一根纱线，类似于纺织品中使用的传统纱线的构造方式。用于纺织品的复合纱线通常是由单丝在一个方向加捻，然后多股在相反的方向缠绕在一起，以制成最终的纱线。这种异手性结构提供了抗解开的稳定性。但是本研究中性能最高的碳纳米管缠绕管是同手性的，他们向同一个方向缠绕。

在对CNT纱线的实验中，研究人员证明了拉伸收集的能量转换效率为17.4%，扭转收集的能量转换效率为22.4%。

研究人员发现，用三层结构纱线可提供最佳性能。该团队使用三层扭曲器进行了几次概念验证实验。在一次演示中，他们通过在气球和装满盐水的水族箱底部之间安装一个三层旋梁来模拟海浪发电。他们还在一个重达3.2mg的阵列中布置了多个层状扭曲管，并反复拉伸它们以给超级电容器充电，超级电容器有充足的能量为五个小型发光二极管，一个数字手表和一个数字湿度/温度传感器供电。该团队还将CNT纱线缝制成棉织物补丁，然后将其缠绕在人的肘部。当人反复弯曲肘部时会产生电信号，这表明纤维可用于感知和收集人体运动。