摩擦電納米發(fā)電機可以檢測出佩戴者處于危險或殘疾狀態(tài)，因為它可以感知步行，跑步，跳躍和靜止之間的差異。圖片來源：加州大學(xué)洛杉磯分校和麥克馬斯特大學(xué)

想象一下這樣一種設(shè)備，即使在最激烈的火災(zāi)下也能經(jīng)受得住，因此當(dāng)消防員無法上班時，它可以自動向其他人發(fā)出信號。

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員和其他兩所大學(xué)的同事設(shè)計了首款阻燃，自熄運動傳感器和發(fā)電機。該設(shè)備的尺寸只有四分之一，可以嵌入消防員，石油鉆探或從事涉及極端溫度或惡劣環(huán)境的工作人員穿著的鞋子或衣服中。

這項研究發(fā)表在《納米能源》雜志上，該研究由加州大學(xué)洛杉磯分校材料創(chuàng)新學(xué)系Myung Ki Hong博士，加州大學(xué)洛杉磯分校加利福尼亞納米系統(tǒng)研究所成員理查德·坎納（Richard Kaner）領(lǐng)導(dǎo)。

自供電傳感器是一種摩擦電納米發(fā)電機。當(dāng)一種材料碰到另一種材料時，摩擦帶電會通過電子交換產(chǎn)生能量，在這種情況下，設(shè)備本身以及穿戴者的衣服或皮膚，或者設(shè)備以及地面。該現(xiàn)象與在地毯上摩擦腳后觸摸門把手時會產(chǎn)生電擊的現(xiàn)象相同。

該設(shè)備被科學(xué)家稱為FRTENG（“阻燃摩擦電納米發(fā)電機”），因為它可以感知步行，跑步，跳躍和靜止之間的差異，因此可以檢測出佩戴者處于危險或殘疾狀態(tài)。

UCLA的助理研究員，該研究的合著者Maher El-Kady說：“不同的運動會產(chǎn)生具有不同電壓和電流的電信號。” “這些不同的電流使我們能夠識別是否有人在移動以及如何移動-例如，該設(shè)備可以集成到消防員的鞋子中，并在緊急情況下無線發(fā)送幫助信號。”

新設(shè)備由碳?xì)饽�膠制成，這種碳?xì)饽�膠既輕巧又在高溫下穩(wěn)定，因此非常適合極端條件。圖片來源：加州大學(xué)洛杉磯分校和麥克馬斯特大學(xué)

摩擦電納米發(fā)芽機已經(jīng)存在，但由于它們使用易燃塑料和紡織品等材料，因此當(dāng)前的模型無法承受火災(zāi)或極端溫度，坎納說，他也是化學(xué)，生物化學(xué)以及材料科學(xué)與工程學(xué)的杰出教授。

為了克服這一障礙，新設(shè)備由研究人員發(fā)明的碳?xì)饽�膠制成。氣凝膠非常輕巧（占其體積的95％是空氣），并且在高溫下穩(wěn)定，這使其非常適合用于阻燃設(shè)備。

El-Kady說：“碳?xì)饽�膠有效地導(dǎo)電，并包含對環(huán)境無害的材料。” “由于氣凝膠很輕，佩戴者甚至不會感覺到該裝置�！�

為了形成氣凝膠，研究人員將甲醛和間苯二酚這兩種化學(xué)物質(zhì)與聚丙烯腈纖維和氧化石墨烯片混合，它們的厚度僅為幾納米，納米相當(dāng)于十億分之一米，或大約寬度的1 / 75,000。人發(fā)-產(chǎn)生凝膠。納米纖維和納米片為超輕材料提供了支撐。

然后，他們將凝膠干燥以除去液體中的含量，并在一個充滿氫氣的小腔室內(nèi)對其進行加熱，留下了耐用但輕巧的碳?xì)饽�膠納米復(fù)合材料。

該研究的第一作者，麥克馬斯特大學(xué)的訪問學(xué)者阿卜杜勒薩蘭·艾哈邁德（Abdelsalam Ahmed）說：“利用摩擦帶電，碳?xì)饽�膠可充當(dāng)運動傳感器和發(fā)電機。” 與傳統(tǒng)的依靠電池供電的傳感器不同，這種新設(shè)備可以無限期運行，而無需任何電源�！�

為了測試設(shè)備的耐火性，科學(xué)家將其暴露在丁烷火焰中90秒鐘。他們發(fā)現(xiàn)，它不僅沒有散發(fā)火焰，而且還在自熄。而且，即使在200攝氏度下，該設(shè)備的結(jié)構(gòu)也得以保留，其電輸出保持穩(wěn)定。在那種溫度下，大多數(shù)傳統(tǒng)的摩擦電器件會失去性能甚至著火，坎納說。

卡迪（El-Kady）表示，這種新設(shè)備還可以用于太空任務(wù)，例如跟蹤宇航員的生命體征或產(chǎn)生應(yīng)急電源。極端溫度通常會阻止太空飛行期間使用其他電子設(shè)備。