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[探究]纹身贴怎么用汗液来发电?
2015-04-12 12:24:08  来源:果壳网  作者:佚名  关注:  点评:0点击收藏
龙媒网(www.longmeicn.com):

  2015年菠萝发明奖颁给了来自美国加州大学圣地亚哥分校的贾文昭等研究者,以表彰他们发明了可以发电的纹身贴。为什么这样的研究都可以发表?它又是凭什么能获得菠萝科学奖呢?这篇解读将会揭晓答案。 

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  当提到新能源人们还在想着太阳能、生物质能时,加州大学圣地亚哥分校的研究团队已经把目光瞄准了我们人类自己——用汗水来发电。可穿戴设备的兴起,对这些设备的电源提出了新的要求——更轻便、易于充电、对人体没有伤害。因此,研究人员设想研制可穿戴式电源,这种电源可以从穿戴者身体获取足够能量。于是,就有了现在我们看到的纹身生物燃料电池。

  人在做剧烈运动时会产生乳酸等代谢物质,研究者利用酶来催化这些普通的生化物质和代谢产物,产生能量,制作出了酶生物燃料电池。想想看,在夏天大家都大汗淋漓的时候,在每人身上都贴这么一块电池来发电,那是一幅多么热火朝天的景象啊!如今,它正向现实迈出第一步。


  监测运动,顺便发个电

  最开始, 贾文昭所在的研究团队在做一个体外监测器。他们意识到,医疗保健行业正向着可穿戴式生物医学设备方向转变。这些设备便于监控重要的生理参数,如心率或血压。研究者期望以非侵入且连续的方式,从人体汗液中测得相关数据。而在此之前,运动员要想了解自己的运动水平,通常要停下来去检测血液中的乳酸含量,这导致他们无法实时掌握自己的乳酸水平数据。

  在人体汗液中,乳酸的含量很高,所以研究者将乳酸氧化酶“印”在纹身上,将它作为阳极物质,同时应用媒介体和碳纳米管来催化乳酸的氧化,并采用铂纳米颗粒作为阴极,来催化空气中氧气的还原反应,从而在"汗水电池"中产生电流。通过电流的大小,人们就可以实时判断测试者的运动情况。

  可穿戴电池究竟怎么样?

  研究者贾文昭表示,佩戴这种生物燃料电池和贴一张普通的纹身贴纸一样,没有特殊的感觉,而且一张贴纸可戴一天。在实验中,志愿者戴着临时纹身生物燃料电池在一天内运动2次,中间相隔4小时,电池还是可以正常工作。


纹身贴生物电池的原理和使用方法

  不过研究团队表示,现在这个电池的发电量还不高,他们还在研究如何能让它供一台小型电子设备运转。目前,该电池每平方厘米最大发电量能达到70微瓦,但是他们现在只能把电池做到2mm*3mm大小,能产生4微瓦的电量,这些电量对手表来说还小了点,一个小手表至少需要10微瓦才能运转。别看它现在发电小,未来可大有发展。研究者正在寻找更有效的媒介体使催化效率更高,产生更大的电流。此外,还可以采取串联并联的方式使电量更大,再借助电子元件储存电量,给电子设备供电。

  不过具体能发多少电,还是要看佩戴者的身体素质。从乳酸含量看,身体素质越弱发电量反而越高。因为汗液中乳酸的分泌与身体运动强度直接相关,在无氧代谢时,高乳酸水平对应高的肌肉劳累程度。因此不经常运动的人在进行高强度运动时,产生的乳酸浓度会较高,也就会产生更大的电量

  “自食其力”有电发

  除了做纹身,汗水电池”还可能产生出什么想象?贾文昭表示:“我们还在研制不同的载体,比如衣服、运动头箍等。我们希望这样的电池最终可以作为我们的可穿戴传感器供应电源,这样穿戴者就可以依靠自己提供的能量,来监测自己的健康水平。”

  "汗水电池"这个新的创新,让人们把产生能源的方式又回到人类自身。比如,以后你会选择自己爬楼梯产生点电,还是去坐电梯消耗电?(编辑:球藻怪)

  参考文献:

  Jia, Wenzhao, et al. "Epidermal biofuel cells: energy harvesting from human perspiration." Angewandte Chemie International Edition 52.28 (2013): 7233-7236.
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