石墨烯复合材料新发现——可实现无线传输能量和信号

最近, 美国Clemson大学的研究人员最新研发了摩擦纳米发电机（TENGs），该电机不仅利用了环境中的废弃机械能，而且还可以无线传输能量和信号。其机理为利用基本的晶体对称性原理，设计了一种石墨烯纳米复合材料，并将其嵌入到可以提供的电压且能够将无线传输到远程设备的发电机中。无线发电机实现了一百多年前尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）首先设想的技术梦想，为未来的物联网提供了潜在的有力的贡献。

在1897年,尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的“最神奇的实现普遍传递力量的方法”上了新闻头条，并引发了纽约长岛著名的特斯拉塔（The Tesla Tower）的初步建设（即一个一直未完成直径68英尺，身高187英尺巨形巨人）。一百二十年后，克莱姆森纳米材料研究所（Clemson Nanomaterials Institute）的研究团队现在研制出一种基于新型石墨烯和聚乳酸的3D打印纳米复合材料的无线电力传输设备，该设备优于特斯拉（Tesla）模型。 该设备是第一台可以无线传输的可再生能源发电机, 最大的特点就是经手指点击产生2400V的电场，而且可以传输3米以上的二进制代码。

能量对称

根据开发可再生能源的环保可持续发展动力，克莱姆森的研究人员热衷于确定一种地球丰富，可生物降解和可回收利用的材料。 材料的摩擦或压电性质由材料的晶体学对称性决定，并且当晶格具有对称中心时材料性能消失。 然而，克莱姆森研究小组继日本研究人员先前研究成果的基础上，显示他们可以通过在其化学结构中添加极化分子到不对称碳原子来消除生物聚合物的对称中心。

研究人员所期望理想的材料是来源植物和可生物降解的，并且含有两个不对称碳原子。而聚乳酸具有这样特点。 然而，对于应用于TENG器件PLA电阻太高，因此研究人员使用石墨烯作为填充剂来生产纳米复合材料，以便在3D打印的无线TENG中与高度负电聚合物特氟龙结合。

研究者们

Podila和他的同事们解释到：“我们对高电压的产生并不感到意外，但是我们对能够在没有周围环境干扰的情况下发送和接收无线信号这一发现感到兴奋，如WiFi，手机，电源插座等。”他们将他们的设备应用于在一系列家用电器上的能量采集和传输能力上，即智能色调窗户，相框，LED显示屏和一个通话铃/安全警报。

无线发电机的展望

3D打印允许廉价的可扩展制造具有以提高效率为目的的不同的图案，并且具有多个无线发电机层串联的无线发电机器件。它还为未来将器件制造与汽车，纺织和电子行业整合在一起创造了的机会。

该设备的一个令人兴奋的应用程序是一个智能路径，其可以利用人们走路来提供机械能。 能源清理走廊听起来可能像科幻小说，但研究人员已经将技术专利化，并设想与工业合作伙伴密切合作，在未来两三年内将其推向市场。

研究人员目前正在开发一种“超越石墨烯”的二维片状材料以扩大W-TENG的其他潜在用途，包括低功率激光器，光电探测器和没有电源插座要求的生物传感器。 研究人员将这种“切断绳索”的方法描述为“在没有可靠的电力的情况下改善低收入和中等收入国家医疗保健的需要”。

研究人员现在正在开发“超越石墨烯” 的更具有环境友好性能的二维片状材料，以替代具有高的电导率的Teflon。未来的工作方向还包括为家庭安全应用而开发的特定用户的“指纹”敏感的W-TENG。 其中，合作者Sai Sunil Kumar Mallineni和Herbert Behlow专注于W-TENG生物传感器的开发，而董永昌和Apparao Rao和Ramakrishna Podila正在开发替代Teflon的新材料。

原文来自nanotechweb网站，原文题目：Graphene composite provides wireless power at your fingertips；由材料科技在线团队翻译整理。