加入一層薄薄的金屬導(dǎo)電層，就可以制成一種穩(wěn)定、高性能的超級(jí)電容器。
這些工程師設(shè)想，使用棉布進(jìn)行能量儲(chǔ)存，用于柔性電子產(chǎn)品，可卷曲的顯示屏，以及植入式醫(yī)療設(shè)備。
未來的T恤可具有雙重功能，既能使人保持涼爽干燥，也能給手機(jī)充電。來源：南卡羅來納大學(xué)
有朝一日，穿上一件T恤，就意味著你也使用一個(gè)智能設(shè)備充電器。工程師們成功地把棉花轉(zhuǎn)變成柔性高導(dǎo)電成分，這意味著它可以給設(shè)備充電。
“在未來，你可以想象一下，我們的手機(jī)就會(huì)像一片紙，你可以卷起來。但我們需要柔性的能源設(shè)備，集成使用柔性、可伸縮的主板，”南卡羅來納大學(xué)（University of South Carolina）機(jī)械工程教授李曉東（Xiaodong Li）說，他與博士后包里洪（Lihong Bao）領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)開發(fā)。他們的文章2012年5月16日發(fā)表在雜志上《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，題為《進(jìn)行紡織品能量存儲(chǔ)采用棉T恤》（Towards Textile Energy Storage from Cotton T-Shirts）。
李曉東知道如何創(chuàng)造性地使用棉T恤。2010年，他和他的同事把一件襯衫轉(zhuǎn)換成輕質(zhì)防彈衣，因?yàn)樗麄儼堰@種面料轉(zhuǎn)換成碳化硼納米線（boron carbide nanowires）。所以，那時(shí)，他開始尋找主要材料，以制備柔性儲(chǔ)能裝置，他采用的棉T恤，是他花5美元從沃爾瑪買的。
工程師們必須使棉布高度導(dǎo)電，所以，他們嘗試了幾種“成分，”李曉東說。他把他們的實(shí)驗(yàn)比作是試圖在家里復(fù)制餐廳的一份飯菜，但沒有看到廚師的準(zhǔn)備工作。首先，他們把棉布浸泡在氟化鈉（sodium fluoride）溶液中，一個(gè)小時(shí)后取出濕材料，在預(yù)熱烤爐中干燥三個(gè)小時(shí)。然后，再在更熱的爐子中加熱一個(gè)小時(shí)。
在工藝完成時(shí)，棉花已變成活性炭。盡管被烘烤，燒焦的材料仍然可以折疊。接著，工程師們給它涂上一層納米導(dǎo)電金屬氧化錳（manganese oxide），這是最后一道工序，就制成了他們的儲(chǔ)能裝置。這種設(shè)備稱為超級(jí)電容器，會(huì)比電池更迅速地響應(yīng)電力需求。
首席研究員李曉東說，他的研究小組知道，未來的防彈衣需要柔性電源。而且，因?yàn)檫@些科學(xué)家都在南卡羅來納大學(xué)工作，這所大學(xué)以前曾有過很大的棉花產(chǎn)業(yè)，所以他們就想，“為什么不用棉T恤制作能源設(shè)備？”
雖然別人已經(jīng)在設(shè)備中使用過棉花，但是李曉東說，就他所知，他的研究小組是第一個(gè)激活棉T恤，把它制成超級(jí)電容器。他們設(shè)備的性能相當(dāng)于其他碳基超級(jí)電容器，這是根據(jù)他們的測試。1000次循環(huán)后，仍然可以保留97.3％的容量。
“這是一項(xiàng)非常簡單的低成本工藝，是綠色的，”李曉東說。他們開始時(shí)使用可再生的植物為基礎(chǔ)的材料，此外，他和他的研究小組估計(jì)，直接使用紡織廠的棉布，會(huì)便宜10倍，勝過用化學(xué)方法處理煤或石油，制成活性炭。
為了使他的概念進(jìn)入市場，這個(gè)工藝就需要擴(kuò)大。李曉東說，下一階段，他要尋找可能的行業(yè)合作伙伴。他也找到州政府領(lǐng)導(dǎo)，商談使用這一工藝，促進(jìn)恢復(fù)當(dāng)?shù)氐募徔椛a(chǎn)。
雷扎•薩巴健-亞西爾（Reza Shahbazian-Yassar）是密歇根理工大學(xué)（Michigan Technological University）機(jī)械工程副教授，他的專長是使用納米材料，進(jìn)行不同形式的能量儲(chǔ)存。他很熟悉最近《先進(jìn)材料》雜志上的這篇文章。
“這項(xiàng)研究的新穎之處在于，他們轉(zhuǎn)換面料，使用的是簡單的熱處理工藝和一點(diǎn)化學(xué)工藝，”他說。薩巴健•亞西爾看到服裝的優(yōu)勢，可以進(jìn)行方便的儲(chǔ)能。他補(bǔ)充說，在戰(zhàn)場上的士兵可以進(jìn)行軍事應(yīng)用。
“當(dāng)然，所面臨的挑戰(zhàn)是，提高這些纖維可以儲(chǔ)存的能量，”他說。這種材料也要在經(jīng)常折疊和拉伸后，保持出色性能。
李曉東最近在北京做了一次演講，他說，他設(shè)想，有朝一日，學(xué)術(shù)會(huì)議與會(huì)者都使用可以卷起來的電子海報(bào)，包括柔性電源。
“我喜歡思考大局，”他說。“沿著這條路走下去，我們會(huì)看到，這樣用棉花制成的能源設(shè)備會(huì)進(jìn)入市場。我們就不會(huì)再依賴石油了。”
