在8月25日出版的“ 科学 ” 杂志上发表的一项研究中，研究人员描述了“twistron”纱线及其可能的应用，例如从海浪运动或温度波动中获取能量。缝制成衬衫时，这些纱线可作为自供电呼吸监控器。
“最简单的思考双向收割机的方法是，你有一条纱线，你可以伸展它，然后输出电流，”Carter Haines博士说，他是UT Dallas的Alan G. MacDiarmid NanoTech研究所的副研究教授-lead文章的作者。该文章还包括来自韩国，弗吉尼亚理工大学，赖特 - 帕特森空军基地和中国的研究人员。
基于纳米技术的纱线
纱线由碳纳米管构成，碳纳米管是直径比人类头发小10,000倍的碳的中空圆柱体。研究人员首先将纳米管扭曲纺成高强度轻质纱线。为了使纱线具有高弹性，它们引入了如此多的捻度，使得纱线像过度扭曲的橡皮筋一样盘绕。
为了发电，纱线必须浸没在或涂有离子导电材料或电解质，其可以像普通食盐和水的混合物一样简单。
“从根本上说，这些纱线是超级电容器，”纳米技术研究所的研究科学家，该研究的共同主要作者Na Li博士说。“在一个普通的电容器中，你可以像电池一样使用能量来为电容器增加电荷。但在我们的例子中，当你将碳纳米管纱线插入电解液浴槽时，纱线会被电解液本身充电。需要电池或电压。“
Haines说，当收割机纱线被扭曲或拉伸时，碳纳米管纱线的体积减小，使纱线上的电荷更加靠近并增加其能量。这增加了与存储在纱线中的电荷相关的电压，从而能够收获电力。
NanoTech研究所所长和该研究的相应作者Ray Baughman博士表示，当将收割机的重量标准化时，每秒30次拉伸盘绕的双丝子纱线会产生250瓦/千克的峰值电功率。
“虽然已经研究了许多替代收割机已有数十年的历史，但是没有其他报道的收割机能够提供如我们的周期所需的高电功率或能量输出，用于拉伸速率在每秒几个周期到每秒600个周期之间。”
实验室测试显示潜在的应用
在实验室中，研究人员表明，重量小于家蝇的twistron纱线可以为一个小型LED供电，每次拉伸纱线时都会亮起。
为了证明双轴能够从环境中收集废热能，李将一根双丝网连接到聚合物人造肌肉上，当加热和冷却时，它会收缩并膨胀。双向收割机将聚合物肌肉产生的机械能转换为电能。
“人们对使用废物能源为物联网提供动力很感兴趣，例如分布式传感器阵列，”李说。“Twistron技术可能被用于改变电池不切实际的应用。”
研究人员还将twistron收割机缝制成衬衫。正常呼吸使纱线伸展并产生电信号，证明其作为自供电呼吸传感器的潜力。
“电子纺织品具有重大的商业利益，但你如何为它们提供动力呢?” 鲍曼说。“从人体运动中收集电能是消除电池需求的一种策略。与文献中报道的其他可穿戴纤维相比，我们的纱线在拉伸时每单位重量产生的电功率高出一百倍。”
来自海浪的电力
“在实验室中，我们发现我们的能量采集器使用食盐溶液作为电解质，”Baughman说，他是自然科学和数学学院的Robert A. Welch化学杰出教授。“但我们想表明它们也适用于海水，这在化学上更复杂。”
在概念验证演示中，共同主要作者，纳米技术研究所的博士后研究员Shi Hyeong Kim博士潜入韩国东海岸的寒冷海浪中，在海中部署了一个盘绕的双胞胎。他在一个气球和一个搁在海床上的沉降片之间，附着一根10厘米长的纱线，重量仅为1毫克(大约相当于一只蚊子的重量)。
每当海浪到达时，气球就会上升，将纱线拉伸至25%，从而产生测量的电流。
尽管研究人员在目前的研究中使用了非常少量的双丝子纱线，但他们已经证明收割机的性能是可扩展的，无论是通过增加双丝子直径还是通过并行操作许多纱线。
“如果我们的双光子收割机可以制造成本更低，它们最终可能能够从海浪中获取大量的能量，”鲍曼说。“然而，目前这些收割机最适合为传感器和传感器通信提供动力。基于所展示的平均功率输出，仅31毫克的碳纳米管纱线收割机就能提供传输2千字节数据包所需的电能。 - 物联网每10秒钟的半径。“