能量约束装置（碳纳米管纱线能量收集器手套）

碳纳米管纱线能量收集器手套，让手指抓握产生电

达拉斯德州大学 Alan G. MacDiarmid 纳米技术研究所的研究员王忠博士展示了他在手套中缝制了twistron 纤维，这是一种由碳纳米管制成的能量收集纱线，在反复拉伸时会产生电能。研究人员改进了制造纱线的工艺，使纤维比以前的版本更高效，每个拉伸周期产生更多的电力。

德克萨斯大学达拉斯分校的一组研究人员和他们的同事对他们发明的能量收集纱线进行了重大改进，称为捻线，这种纱线由碳纳米管制成，在反复拉伸时会产生电力。

在一项原理验证实验中，该文章的主要作者、德克萨斯大学达拉斯分校 Alan G. MacDiarmid 纳米技术研究所的研究员王忠博士将新的捻线纱缝入手套中。当戴着手套的人在美国手语中形成不同的字母和短语时，手势会产生电力。

“根据输出电压曲线，我们可以轻松区分不同字母和短语的手指运动，我们可以将这款手套用作自供电手语翻译器，”王说，他在 UTD 的博士研究专注于碳纳米管纱线和能量收集器。他因这项工作获得了2022年自然科学与数学学院最佳论文奖。

在纳米技术研究所所长 Ray Baughman 博士和 Robert A. Welch 化学杰出主席的带领下，该研究小组于 2017 年在《科学》杂志上首次报道了他们的twistron 技术。从那时起，该团队改进了他们使用的工艺，以制造纱线，与以前的版本相比，它产生的纤维效率更高，每个拉伸周期产生的电能更多。

“能源收集是一个至关重要的领域，尤其是在我们寻找燃烧化石燃料的替代品时。我们希望从所有可用资源中收集能源，”最新文章的通讯作者鲍曼说。

他说， twistrons 的一些潜在应用包括从海浪中收集能量为传感器供电或最终帮助为城市供电，以及利用身体运动为可穿戴设备供电。

“如果你有一个人形机器人，你想知道哪些肌肉已经收缩，以及它们是否正常工作，你可以在我们的twistron收割机中加入非常细的纤维，这样当肌肉改变尺寸时，它会拉伸twistron，从而产生电力”鲍曼说。“可以测量那种电流，它可以告诉你那块肌肉改变了多少尺寸。”

当戴着手套的人在美国手语中形成不同的字母和短语时，手势会产生独特的电信号。

Twistron 由碳纳米管构成，碳纳米管是直径比人类头发小 10,000 倍的碳中空圆柱体。纳米管被捻纺成高强度、轻质的纱线。为了使纱线具有高弹性，研究人员引入了如此多的捻度，使纱线像过度扭曲的橡皮筋一样盘绕。

将戴着手套的手握在相机下，显示器显示放大的图像，显​示他缝入手套中的深色扭曲纤维。

“这些双绞线的基本机制是，当你拉伸它们时，单个碳纳米管束相互接触，增加了材料中的电子密度，从而增加了电压输出，”王说。“基于这种理解，我们发现优化纳米管排列——它们相互作用的表面积——可以显着增加电容变化并显着增加电压输出。”

“我们首先从垂直排列的纳米管阵列中拉出一片碳纳米管，称为森林，”王说。“在这些新实验中，我们增加了一个步骤：我们将石墨烯沉积在该片材上，然后将其全部绞合并盘绕成纱线。这极大地改善了电容变化和我们可以从产生的双绞线中获得的电量。”

王说，改进的退火工艺也有助于提高双绞线的产量。

将新的螺旋捻纱每秒拉伸 30 次（30 赫兹），每公斤产生 3.19 千瓦的峰值电力，比其他研究人员报告的频率在 0.1 赫兹和 600 赫兹之间的替代机械能收集器的最高值增加了 12 倍。

Baughman 说，最新版本的twistron 获得的最大能量转换效率是以前的twistron 的7.2 倍。研究人员已经申请了这项技术的专利。