摩擦发电机

摩擦电是自然界中最常见的一种现象之一，无论是梳头、穿衣还是走路、开车都能遇到。但摩擦电又很难被收集和利用，因此往往被所忽视。由美国佐治亚理工学院教授王中林领导的研究小组，开发出了一种透明的柔性摩擦电发电机，借助柔性高分子聚合物材料成功地将摩擦转化成为了可供使用的电力。

摩擦电发电机依靠摩擦点电势的充电泵效应，通过聚酯纤维薄片与聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄片的摩擦来产生电力。借助一种分离技术，当摩擦发生时，两层聚合物薄膜之间产生电荷分离并形成电势差，经由外部电路即可形成电流。在摩擦中，聚酯纤维产生电子，聚二甲基硅氧烷则负责接收电子。此外，外部的按压产生的机械形变也能使它们发生摩擦产生电力。

这种摩擦电发电机采用透明的柔性材料制造，未来它将有望取代普遍使用的触摸显示装置。此外，该摩擦电发电机还可以用作高灵敏度压力传感器。研究人员称，这种压力传感器非常敏感，即便是落下的水滴或是飘落的羽毛这样的微小压力也会被准确地“感觉”到，该装置有望在有机电子材料和光电系统中获得应用。

在纳米能源所，王中林团队已开发出旋转式直流摩擦发电机、刹车发电模拟装置、自驱动无线触摸报警器、柔性透明摩擦发电机、碟式宽频摩擦发电机、脚踏式摩擦发电机、潮汐能收集装置等摩擦发电装置。

摩擦电发电机的动力源既可以是已被人们认识的风力、水力、海浪等大能源，也可以是人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴等从没被人们注意过的环境随机能源，还可以是车轮的转动、机器的轰鸣等。

将来只要正常走路，安在鞋里的摩擦电发电机就能随时为你自己随身携带的手机充电。与工业大规模发电不同，摩擦电发电机可以让运动着的每个人都“发电”，可以让司空见惯的摩擦、挤压、坠落等现象都变成发电的动力源。未来，汽车刹车就能发电充电；如果把摩擦电发电机铺在马路上，每一辆驶过的汽车都能参与发电过程。

光滑的表面在相互摩擦时能产生电荷，但这些电荷的数量并不能满足应用的需要。王中林和他的团队通过改变摩擦表面图案的方式来产生更大的电流。研究人员分别对线条、立方体和金字塔三种图案进行了测试，结果发现金字塔图案的表面在摩擦时加速了电荷的形成，更利于电荷的分离，能产生最多的电流，极大地提高摩擦电发电机的效率。

为了制造这种微型摩擦电发电机，研究人员首先借助光刻和蚀刻工艺，用硅片制造出一个模具；而后将液体的PDMS和一种交联剂混合在一起后涂抹到模具上，等待冷却后就形成了一张薄膜；最后再将两种独有金属电极的高分子聚合物薄膜铟锡氧化物（ITO）与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜贴合在一起，形成三明治结构。实验证实这种具有微结构阵列的摩擦电发电机的输出电压可达18伏，每平方厘米可产生0.13微安的电流，峰值电流可达0.7微安。