纳米压电材料有望替代低能耗电池

    想象一下吧，你每天使用的手机将不再使用电池了，你也不用费神为手机电池充电了，只需你发出一点点声音，所产生的声波就会转变成手机运行的电能。现在这个想象似乎离我们越来越近了。近日，美国物理学协会出版的《物理评论》杂志刊登了德克萨斯大学化学工程系教授卡金的最新成果，他和他的研究团队研制出纳米级压电材料，这种材料可以用在低能耗电子产品中代替电池，将声波变成驱动产品运行的能量。

    压电材料及其运用

    压电体是指这样一类材料，当它们受到外加机械压力时，内部便能产生电压。此外，压电体在电场的作用下，其物理特性也会发生变化。目前常见的压电体为晶体或陶瓷，水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。卡金解释说，自供电技术的关键是压电体。“压电体”的英文单词“piezoelectrics”源于希腊文“piezein”，其含意是“topress”（施压）。

    压电材料早在1880年就被法国科学家首次发现了，所以并不是一个新概念，早在第一次世界大战中，压电材料就已经用在声波导航、测距和定位装置中了。在当今社会，麦克风和石英手表中都有压电材料。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以变成无线电波传到遥远的地方。这些无线电波为收音机所接收，并通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话”或“唱歌”。

    汽车中的点火装置也含有压电材料，当按下点火按钮的时候，按压会接触到压电晶体并对其产生压力，收到压力的压电晶体就会产生足够的电压，电压产生的火花能够点燃气体，发动汽车。

    甚至在欧洲的一些夜总会内也安装了含有压电材料的特制地板，这种地板能够吸收夜总会顾客跳舞时舞步所产生的能量，并将这些能量转换成电能，为夜总会中的电灯提供能量。据报道，香港体育馆准备利用这种技术，将前来运动的人员脚步声转换成电能，维持馆内的电灯和音乐播放器所需的能量。

    材料虽小影响非凡

    随着压电材料运用越来越广泛，科学家们想到将其用于低能耗电子产品中，但传统的压电材料都太“大”，于是研制纳米级别的压电材料成为科研人员的全新领域。

    卡金教授和休斯顿大学的同行合作，通过研究发现，厚度为21纳米左右的压电材料转化声波的能力最强，能够将声波能量转化成电能的效率提高百分之百。而且由于纳米材料的敏感性，比21纳米大或小的其他级别纳米材料都不能达到这么高的能量转换效率。

    压电材料界的专家表示，卡金的这一新发现将会对低能耗电子产品带来极大影响，这一新材料将会在手机、笔记本电脑、专用通信装置以及其他普遍消费的电子产品如mp3播放器上大展身手，许多消费者因为对电池充电后使用时间的不满，而希望有东西能够取代这些电池。

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