Draagbare apparaten die energie halen uit beweging zijn geen nieuw idee, maar een materiaal dat aan de Rice University is gemaakt, kan ze praktischer maken.

Het Rice-lab van scheikundige James Tour heeft laser-geïnduceerd grafeen (LIG) aangepast tot kleine, metaalvrije apparaten die elektriciteit opwekken. Alsof je een ballon over je haar wrijft, door LIG-composieten in contact te brengen met andere oppervlakken, wordt statische elektriciteit opgewekt die kan worden gebruikt om apparaten van stroom te voorzien.

Daarom, dank het tribo-elektrisch effect, waardoor materialen een lading krijgen door contact. Als ze in elkaar worden gezet en vervolgens uit elkaar worden gehaald, Er worden oppervlakteladingen opgebouwd die kunnen worden gekanaliseerd naar energieopwekking.

Bij experimenten, de onderzoekers verbonden een opgevouwen strook LIG met een reeks lichtgevende diodes en ontdekten dat het tikken op de strook genoeg energie produceerde om ze te laten flitsen. Een groter stuk LIG ingebed in een flip-flop laat een drager energie genereren bij elke stap, terwijl het herhaalde contact van de grafeencomposiet met de huid een stroom produceerde om een ​​kleine condensator op te laden.

"Dit zou een manier kunnen zijn om kleine apparaten op te laden, gewoon door de overtollige energie van hielstoten tijdens het lopen te gebruiken, of zwaaiende armbewegingen tegen de romp, ' zei Tour.

Het project wordt gedetailleerd beschreven in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

LIG is een grafeenschuim dat wordt geproduceerd wanneer chemicaliën met een laser op het oppervlak van een polymeer of ander materiaal worden verwarmd, waardoor alleen onderling verbonden vlokken van tweedimensionale koolstof overblijven. Het lab maakte eerst LIG op gewoon polyimide, maar breidde de techniek uit tot planten, voedsel, behandeld papier en hout.

Het lab werd polyimide, kurk en andere materialen in LIG-elektroden om te zien hoe goed ze energie produceerden en bestand waren tegen slijtage. Ze kregen de beste resultaten van materialen aan de andere uiteinden van de tribo-elektrische reeks, die hun vermogen kwantificeert om statische lading te genereren door contactelektrificatie.

In de opvouwbare configuratie, LIG van het tribonegatieve polyimide werd besproeid met een beschermende coating van polyurethaan, die ook diende als een tribo-positief materiaal. Toen de elektroden bij elkaar werden gebracht, elektronen overgedragen aan het polyimide van het polyurethaan. Daaropvolgend contact en scheiding veroorzaakten ladingen die via een extern circuit konden worden opgeslagen om de opgebouwde statische lading opnieuw in evenwicht te brengen. De opvouwbare LIG genereerde ongeveer 1 kilovolt, en bleef stabiel na 5, 000 buigcycli.

De beste configuratie, met elektroden van polyimide-LIG composiet en aluminium, produceerde spanningen boven 3,5 kilovolt met een piekvermogen van meer dan 8 milliwatt.

"De nanogenerator ingebed in een flip-flop kon 0,22 millijoule elektrische energie opslaan op een condensator na een wandeling van 1 kilometer, " zei Rice postdoctoraal onderzoeker Michael Stanford, hoofdauteur van het artikel. "Deze snelheid van energieopslag is voldoende om draagbare sensoren en elektronica met menselijke beweging van stroom te voorzien."