棉織物可從濕度中發(fā)電；用汗水濕氣為LED及設(shè)備供電

該織物涂覆了聚吡咯和聚多巴胺，這兩種聚合物具有截然不同的光學(xué)與化學(xué)特性。

科學(xué)家近日展示了一項(xiàng)突破：普通棉織物可轉(zhuǎn)化為自持發(fā)電機(jī)，通過吸收空氣中的濕氣實(shí)現(xiàn)晝夜持續(xù)發(fā)電。這一創(chuàng)新依賴于精心設(shè)計(jì)的聚合物涂層，能維持持續(xù)的離子流動，實(shí)現(xiàn)無電池或外接電源的穩(wěn)定電能輸出。

織物涂覆聚吡咯與聚多多巴胺

聚吡咯能廣泛吸收多種波長的光并高效轉(zhuǎn)化為熱能，在光照下迅速升溫并加速水分蒸發(fā)；而聚多巴胺反射更多光線，水分蒸發(fā)較慢，從而保持濕潤。研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)在于：僅在經(jīng)聚吡咯處理的織物半邊涂覆聚多巴胺。這種不對稱結(jié)構(gòu)確保織物一側(cè)保持相對潮濕，另一側(cè)持續(xù)干燥，形成持久的濕度梯度，驅(qū)動離子通過棉纖維的微細(xì)通道傳輸。

光熱蒸發(fā)驅(qū)動濕氣發(fā)電機(jī)

團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種“光熱蒸發(fā)驅(qū)動濕氣發(fā)電機(jī)”（PEMG），其通過在聚吡咯改性棉織物上構(gòu)建聚多巴胺結(jié)構(gòu)化色膜，形成不對稱的光熱溫度梯度。研究表明，該聚多巴胺不對稱光熱層不僅有效解決了水分吸附飽和導(dǎo)致的持續(xù)發(fā)電不足問題，還緩解了過度蒸發(fā)引起的不穩(wěn)定濕度梯度。

制造工藝始于未處理棉織物浸入溶液

據(jù)報道，制造過程首先將原棉浸入含吡咯單體及添加劑的溶液中，直接在纖維上觸發(fā)聚合反應(yīng)，形成導(dǎo)電的黑色聚吡咯層（可吸收幾乎所有入射光）。隨后，將織物一半浸入堿性多巴胺溶液近一天，使多巴胺分子自組裝成超薄膜。該薄膜厚度引發(fā)光干涉效應(yīng)，賦予織物類似肥皂泡的鮮艷紫色，其吸光率遠(yuǎn)低于聚吡咯層，從而形成內(nèi)置熱差。

在模擬陽光下，聚吡咯側(cè)升溫顯著高于聚多巴胺側(cè)。這種溫差加速一側(cè)蒸發(fā)，并持續(xù)從另一側(cè)汲水，維持穩(wěn)定的離子流。通過串聯(lián)多個織物單元，研究人員實(shí)現(xiàn)了晝夜連續(xù)運(yùn)行，單元陣列可為LED燈持續(xù)供電超過24小時。

穿戴電子領(lǐng)域前景廣闊

該技術(shù)對穿戴電子設(shè)備極具應(yīng)用潛力。將織物縫入背心進(jìn)行戶外測試時，汗水補(bǔ)充的環(huán)境濕度使發(fā)電電壓顯著提升，所產(chǎn)生的電能足以充電容器、點(diǎn)亮小型燈飾，甚至驅(qū)動無線音頻設(shè)備。機(jī)械測試表明，彎曲、摩擦和洗滌對性能影響微弱，證明聚合物涂層堅(jiān)固耐用，適合實(shí)際應(yīng)用。

研究還探討了環(huán)境條件對輸出的影響：酸性濕氣可大幅提升電壓（質(zhì)子作為高效電荷載體），某些溶解鹽類通過增強(qiáng)聚合物-水界面的電子轉(zhuǎn)移進(jìn)一步提升性能。計(jì)算分析證實(shí)，離子溶液能放大電荷交換，產(chǎn)生更強(qiáng)的電信號。

通過整合熱學(xué)與化學(xué)特性的不對稱設(shè)計(jì)，這種棉基系統(tǒng)在日常環(huán)境下能自主維持驅(qū)動力。與電池相比，它無需充電、不含剛性組件，且不易隨時間快速老化。

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