據科技媒體 ScienceDaily 報道，由韓國電子巨頭三星旗下尖端技術研究所與美國賓夕法尼亞州立大學合作的科研項目近期取得了重大進展：科學家團隊研發了一種能量轉化設備，將其整合進智能手機屏幕後，該設備能捕捉人體細微運動，如手指划動、敲擊等，將機械能轉化為電能，能效高達 40%。
機械能轉化為電能
獲取環境周邊的機械能，再將其轉化為電能，這樣的能量轉化設備，已廣泛採用在可穿戴式電子產品上。這些設備有一個普遍特點，都是基於壓電效應，在高頻率（每秒震動超過 10 次）的狀態下運行。然而，在低頻率狀態下，這些能量轉化設備則毫無用武之地。
三星尖端技術研究所與賓夕法尼亞州立大學材料研究所的科學家團隊則另闢蹊徑：從低頻率的機械能獲取能量。他們基於一種可彎曲的有機離子二極管，研發了一種機械能傳感器設備。
獲取低頻率機械能的工作原理
這種能量轉化設備有兩個重要組成部分：一部分為兩個納米複合材料電極，另一部分則是由聚碳酸酯膜隔開的充電移動離子。其中，電極部分的結構比較複雜，它是一種聚合物基體，由碳納米管填充，並且加入了離子液體。碳納米管能增強電極的導電性和機械強度。
當機械能產生時，離子分散，穿越薄膜，創造出不間斷的直流電。與此同時，抗離子分散的內置電勢建立起來，直到二者達到均衡。整個過程在低頻率狀態下運轉，大約每 10 秒才會進行 1 次。
對智能手機而言，觸摸屏幕這種微小的機械運動，可轉化為電能，並存儲在電池裏。其他類似的人體活動所產生的機械能，經過轉化，同樣能為平板電腦或可穿戴設備提供電力。
賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程系的教授 Qing Wang 表示，「我們研發這個設備的理念是，希望將低頻率的運動，比如人體運動，轉化為電能。」
研究結果
最新的實驗結果表明，與壓電發電機相比，這種能量轉化設備的峰值電力密度更大；不僅如此，當他們把這種傳感器設備整合到一塊智能手機屏幕時，機械能可為電池提供 40% 的電力。
除上述優點外，Qing Wang 教授還表示，「因為這種能量轉化設備是一種高分子聚合物，所以它還兼具柔韌性和輕巧的特點。」這意味着，這種材料可以與三星的曲面屏深度整合。
目前，他們已將研究成果整理成一篇題為《柔韌離子設備獲取低頻率機械能》的論文，發表在近期《先進能源材料》網絡版上。
在第四能源看來，三星憑藉 OLED、曲面屏等黑科技，在智能手機陣營處於絕對領先地位。但在 Note 7 爆炸事件後，三星的王者之位岌岌可危。三星現在急需儘快將這種可觸摸發電屏幕從實驗室推向市場，以扶正其搖搖欲墜的王冠。
**作者張龍華，文章首發第四能源（微信號：FourthEnergy），轉載請與第四能源取得聯繫。
題圖來自Penn State。
資料來源：TECH2IPO
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