自主创新:源自电鳗的纳米级发电机

来自北京纳米能源与纳米系统研究所和中国科学院大学的研究人员在6月19日的《自然通讯》杂志网络版上发文称,他们自主研发了一种名为“BSNG”的可伸缩纳米级仿生发电机,其设计灵感竟然来自于海洋生物电鳗。

那么,电鳗是如何发电的呢?原来,在电鳗的体内遍布着如同小型叠层电池的细胞,当它们被神经信号激励时,会使离子瞬间通过细胞膜,而当产生电流时,所有这些“小型电池”会串联起来,于是会在电鳗的头和尾之间就产生很高的电压。

参考电鳗发电的原理,研究人员用BSNG模拟了电鳗细胞膜上的离子通道,它不仅能在水下产生高达10伏的开路电压,还可以在干燥条件下产生高达170伏的开路电压。BSNG的仿生通道依赖于聚二甲基硅氧烷和硅酮之间的应力失配,其结构和材料具有良好的拉伸性能,在经过5万次拉伸试验后输出性能仍维持稳定。

科学家们希望BSNG技术能够满足可穿戴设备在可拉伸性、可变形性、生物相容性、防水等方面的苛刻要求。为了该技术的实用性,研究人员构建了一个基于BSNG的水下无线运动监测系统,通过该系统,可以同步传输、显示和记录不同泳姿下的运动信号,此外,研究人员还基于BSNG实现了水下救援。由于其优良的性能,BSNG在电子皮肤、软性机器人、可穿戴电子产品和植入式医疗器械等领域有着广阔的应用前景。

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