奈米纖維發電衣 走動就來電

閻紀宇／綜合十四日外電報導 中國時報 2008.02.15

手機講到一半沒電了，iPod聽著聽著沒聲音了，該怎麼辦？科學家最新的解決辦法是：穿上一件「發電襯衫」，走幾步路或者揮揮手臂，電力自然源源而來。這是美國喬治亞理工學院三位華裔學者王中林、王旭東與秦勇日前在英國《自然》周刊發表研究成果。

會發電的衣服將不再是電影道具或小說情節。利用人體機械能（例如身體移動或肌肉伸展）發電的奈米纖維（nanofibre），可以織成布料，做成衣服，為各種隨身攜帶的裝置提供電力。

三華裔學者研發心跳充電

王中林指出，奈米科技日新月異，裝置越做越小，需要比傳統電池更適當的電力來源，能夠長時間運作的「奈米發電機」（nanogenerator）應運而生，會發電的奈米纖維就是其中一種。這類技術借重各種機械能，腳步、聲音、氣流甚至心跳產生的低頻振動（低於十赫），都可以積少成多，充當電力來源。

奈米發電機用途廣泛，可以推動心律調節器、植入性生物偵測器、結構偵測器、環境偵測器、奈米機器人、微機電系統（MEMS）等裝置，在醫學、軍事、環境工程等領域都有深厚的發展潛力。

「奈米線」狀如奶瓶刷毛

奈米纖維的運作原理借重壓電效應（piezoelectric effect），也就是特定晶體受到機械性壓力時的放電現象。王中林等人以凱夫勒（Kevlar）纖維當作主幹，先塗上一層四乙氧基矽烷（TEOS），再黏上一層氧化鋅，然後讓氧化鋅晶體向外均勻生長，形狀有如奶瓶刷的刷毛，王中林稱之為「奈米線」（nanowire），每一根長約卅到五十奈米。

這些奈米纖維必須兩兩絞合纏繞，其中一條的奈米線上還要鍍一層金膜作為電極。兩條纖維相互磨擦時，較硬的鍍金奈米線會壓彎沒有鍍金的較軟奈米線，導致後者因為壓電效應而積累電荷，釋放到鍍金奈米線上，再由纖維末端的導線收集傳輸，推動各種需電裝置。王中林的團隊去年曾利用氧化鋅奈米線，研發出由超音波驅動的奈米發電機。

穿著放電廿到八十毫瓦

王中林表示，這種方法既便宜又簡單，氧化鋅奈米線可以在實驗室以攝氏八十度的溶液製造。兩條纖維以每分鐘八十次的頻率相互擠壓，可以產生五微微安（pA）的電流，當纖維增加到六條，電流也會放大五十倍。將奈米纖維織成一平方公尺的布料，穿在身上行走，可以產生廿到八十毫瓦（mW）的電力。

這樣的電力雖然勉強可以供應一具iPod，但還無法點亮一個普通燈泡（六十瓦），為手機充電（一瓦到三瓦）也力有未逮，不過王中林相當有信心，對相關技術一方面精益求精，一方面申請專利，並與業者展開合作。他相信三年之內，奈米纖維的產品就可上市，到時候說不定會在時裝界掀起一股「放電」旋風。


※ 相關報導：

＊ Microfibre–nanowire hybrid structure for energy scavenging
http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7180/abs/nature06601.html

Yong Qin, Xudong Wang & Zhong Lin Wang
Nature 451, 809-813 (14 February 2008)
doi:10.1038/nature06601

＊ Remarkable new nano-fiber clothing may someday power your iPod
http://www.physorg.com/news122129780.html

＊ 膝蓋支架從步行中產生電力
＊ 由熱生電：柏克來在矽奈米線上的熱電突破
＊ 體熱有朝一日可供低電壓節能晶片動力
＊ 微晶片以極端睡眠模式創最低耗電記錄
＊ 可縮放的風力渦輪發電機也能裝在屋頂上

＊ 科學家開發出能像壁虎般飛簷走壁的黏膠
＊ 新製程讓奈米纖維具複雜形狀且長度不受限
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