我国科学家研发可穿上身发电的新材料

它能发电并把能量储存在只有10万分之一细丝的纤维上，还能织成衣服穿在上身？它能发电并把能量储存在只有10万分之一细丝的纤维上，还能织成衣服穿在上身？

近日，原创研究领域的权威期刊《安琪湾特化学国际版》的封面文章发表了复旦大学高分子科学系彭惠生教授课题组的最新研究成果。

2006年，彭慧生从美国博士毕业后，加入了美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室。两年后，他从美国回到复旦大学继续他对碳纳米管的研究。然而，研究的焦点已经从材料结构本身转移到利用其电学性质。

彭教授说:“纳米最直观的概念是1/10万的细丝。如果一个毫米直径的球与一个纳米直径的球堆积在一起，它的表面积可以增加10到5次方”。这是一种“从小到大”的方法。其原因与石化工业中的催化作用相同。催化剂的表面积越大，效果越好。彭慧生将这一设计应用于碳纳米管的光电转换。

“美国用这种材料制造太空电梯”

由于在美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室工作，彭慧生非常熟悉碳纤维管材的相关应用领域。“这种材料有什么用？让我举个例子。第一代防弹背心是由钢板制成的。一件衣服重20多公斤。20世纪70年代，杜邦公司开发了眼镜蛇纤维材料(Kevlar)，其张力是钢的五倍，而第三代防弹背心是由碳纳米管纤维制成的”。

彭惠生研究小组的杨志斌进行了现场演示，并举起了一只带有碳纳米管纤维的圆珠笔，这种纤维肉眼几乎看不见，就像蜘蛛网一样。杨志斌告诉在场的记者，“要举起一辆两吨重的汽车，直径为5毫米的碳纳米管纤维就足够了。”

科幻作家刘的“三体I”系列《地球的过去三部曲》展示了人们可以通过太空电梯在地球上旅行。一些读者评论说，这是“挑战读者想象力的极限”。然而，根据英国《每日邮报》2012年8月29日的报道，美国加州电梯港口集团公司表示，这一想法可能在8年内成为现实。

"美国用这种材料制造太空电梯."彭惠生说，碳纳米管纤维的特点是重量轻、韧性好。

像发丝一样柔软的新型太阳能电池

负责审查《应用化学》的专家认为，彭会生的研究小组在世界上“首次用一种“非常简单、低成本的方法”在光纤上“同时实现光电转换和能量存储”，大大提高了太阳能的利用效率，“在发展全光纤能源系统方面迈出了关键的一步”。

基于纳米曲率的设计，就像将许多小球堆积成一个大球，“表面积由小变大，有利于电荷的快速传输，从而大大提高材料的导电性能”。此外，由于碳纳米管纤维的良好柔韧性，它将打破传统太阳能电池不变的“平面结构”。

根据实验结果，新开发的太阳能电池的最高光电转换效率超过9%，但是白天和晚上发电呢？“我们只是想知道，我们能否将发电和储能结合起来，在我们想用的时候使用，在我们不想用的时候放在那里，剩下的储存起来。”因此，彭教授的研究小组利用同一种纤维材料，成功地构建了一种微型线性超级电容器，并成功地实现了这一想法。

此外，软纤维电池还具有可制动性。彭慧生告诉记者，“我们最近做的一项研究是将太阳能电池编织成衣服。我希望在未来，普通的衣服不仅可以防弹，还可以发电和储存能量。”

彭惠生表示，碳纳米管在能源方面的发展是领先的，但仍难以规模化生产和大规模制备。“因为它刚刚开始，通过研究，我们应该能够逐一解决这些问题。”他说，他不知道用这些材料制成的电子设备还需要多少年才能方便使用，但新材料是改变整个社会的一个非常重要的驱动力，而碳纳米管是一种非常有趣的材料，“这只是一个开始，它开辟了一个新的发展方向，这条路可以走。”