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滚动,滚动,滚动:从汽车轮胎摩擦获得能量

 

伴随着汽车轮胎在路面上的滚动会‘丢失’摩擦的能量。一种潜在的收获摩擦能的方法,由中国和美国的研究小组提出。

摩擦电效应是接触带电形式的一种,来自于两种不同材料之间的摩擦。自2012年以来,为了获得这种效应,已有很多相关的研究,将摩擦能转化为电能并被用在其它地方。纳米摩擦发电器(TENGs)通常基于具有不同电子亲和力的薄膜材料,它被提出可被用于自发电鞋到自供电传感器等设计中。

在论文中,王旭东和他的团队使用了一个简单的单电极纳米摩擦发电器,用来收集来自模拟轮胎表面的摩擦能。尽管所有车轮系统依靠摩擦力来运行(想想汽车如何在摩擦较小的结冰路行驶),这也是能量损失的主要因素。据美国能源部,汽车燃料提供能量的5-7%是损失在所谓的轮胎和路面之间滑动阻力。

为了能够运行,纳米摩擦发电机表面必须提供电子,其他部分需要接收电子。据王旭东说,公路建设中使用的大多数材料,如二氧化硅、水泥和沥青都是电子供体。当接触电子受体材料,如聚合物如聚二甲硅氧烷(PDMS),相反的电荷在两个表面上传导,然后通过电极导出。粗糙的PDMS表面被制作,用来模拟公路轮胎的高摩擦表面,用铜箔添加到表面作为设备的单一电极。

作为示范,6个纳米摩擦发电器被附加到一辆路面驱动玩具车的橡胶轮上。发现其最大输出功率为1.79 mW,对应转换效率为10.4%。同时,当车行驶时,这些纳米摩擦发电器瞬间驱动6个商业绿色LED灯。发现随着行车速度的增加,车轮上的纳米摩擦发电器组的输出电力也会增加。随着玩具车额外重量的增加,输出功率也会提高,因为更高的负荷会使路面与粗糙的PDMS表面之间更好的接触。

虽然这项工作还处于早期阶段,这些结果表明它可能会收集一些车辆轮胎滚动摩擦的能量损失。如果能够应用,甚至可以提高燃料效率。下一阶段的工作是调查能源储存,同时优化设备的转换效率。

新材料在线编译整理——翻译:Grubby    校正:摩天轮

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