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浙江大学一团队用功能性纱线将大棚布制成“发电机”

发表时间:2020/6/8

浙江大学生物系统工程与食品科学学院IBE团队平建峰研究员课题组,提出了一种简便有效的方法,首次将摩擦纳米发电机技术应用于农用纺织品中,并用于降雨时雨水能的收集,通过能量转化获取电能。该研究已于近日发表在国际知名期刊《纳米能源》(Nano Energy)上。




环境温湿度、光照强度、水分、盐碱度、作物生理指标……这些参数关系农作物生长,需要实时监测,而这些监测系统需要不间断的供电,田间地头的电线铺设不方便,电池有限续航能力和污染风险又比较突出,如果开发一种既能发电又能监测的智能系统,岂不是一举多得?




浙大科研人员对大棚的设计进行了创新,通过对纱线表面做功能化处理,将摩擦纳米发电机依附在纱线上,织成智能化农用纺织品,利用雨水冲刷时的电子转移与流动产生电流,源源不断地为智慧农业供能。实验数据显示,在9.5牛顿的连续力作用下,3厘米长的纱线就能产生7.7伏的电压。




平建峰介绍,未来通过连接储能设备,这些被改造的农用纺织品,不仅可以为种植业和畜牧业提供保护以提高农畜产品质量与产量,还可以为物联网感知器件源源不断地输送电能,从而开展农业信息的无源监测和实时提供天气状况。




为什么雨滴的能量可以转化成电能呢?

原来,科研人员在纱线表面覆盖了两层特殊材料——导电的碳化钛纳米材料和不导电的聚二甲基硅氧烷(一种高分子聚合物)。该聚合物能够防水并与环境中的雨水发生电子转移。而碳化钛感应电极,不仅具有高导电性能,还因其高电负性可以助力表面聚合物抢夺电子。这两种材料具有良好的生物相容性,而且整个制备过程易于规模化和工业化。因此在实现农用纺织品原有的农用保护材料、保温、遮阳、水土保持、排水灌溉、种子培育基材的功能基础上,还能从农业环境中源源不断地获取能源,为智慧农业提供驱动力,实现农业信息“无源实时感知”。


原文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104863