把发电机穿在身上

　　科学家制造出了柔软的发电橡胶，在弯折时它能够把高达80%的机械能转化成电能。除了做鞋垫之外，它还可以做成服装的配件、日常用品，甚至可以成为植入体内的电源

　　猛犸

　　“这看起来是一只鞋，实际上它是个充电器。”如果《国产凌凌漆》现在重拍的话，也许会有这句台词。当年周星驰那只可以做电吹风的鞋已经落伍了——它居然还要用电池！

　　现在，科学家已经制造出了可以织在衣服中、安装在鞋垫里的发电装置，也许过几年，从鞋跟里拉出一根电线来为手机充电也不会那么可笑了。随着纳米技术和材料科学的发展，人们很快就可以随时随地为随身设备充电了。

　　早在2008年初，乔治亚理工大学王中林教授的团队就制造出了能够发电的衣料，在最佳情况下，每平方米的这种衣料可以提供80毫瓦的电力。在电子显微镜下，我们会看到每一组发电材料的结构都像是两个卷发筒，上面长满了氧化锌纤维。当这些衣料折叠、抖动，甚至只是轻微变形，两个滚筒就会相互挤压，产生电流，并通过镀金的纤维传递出来。

　　这种发电装置的原理是压电效应，和煤气灶电打火器或者一次性打火机一样。1880年，皮埃尔·居里和他的兄弟发现了某些晶体能够将机械能和电能相互转换。现在我们的生活中已经充满了大量的压电材料——从石英表到手机中的小零件，从太空到深海。

　　压电材料是一大类材料的统称，它们的共同点是电荷中心并不在晶格内的同一个位置。虽然整体表现出电中性，但是当形状有哪怕极轻微的改变，电荷分布马上变得不平衡，宏观表现就是产生了电流。现在使用最广泛的压电材料是锆钛酸铅(PZT)，人们通常将这种原料粉碎，然后烧结成压电陶瓷来使用。2002年，新加坡国立大学和国防机构已经开始尝试把这样的压电材料装在鞋里，收集人体浪费的能量进行发电。然而这项研究一直没有太大的进展：为了保持压电材料不被折断，它必须有足够的厚度，因此这种发电鞋穿起来不够舒服。

　　普林斯顿大学的机械工程学教授迈克尔·麦卡尔平最近解决了这个问题。他的团队使用制造集成电路的蚀刻法，把厚度只有10微米的PZT薄片封装在硅橡胶中。现在他们制造出了柔软的发电橡胶，在弯折时它能够把高达80%的机械能转化成电能，是原来同类产品的4倍。

　　这是一个创举。PZT的烧结温度高达1200度左右，没有办法直接和硅橡胶结合。麦卡尔平用了两个步骤来解决这个问题：在氧化镁基板上刻出极细的沟槽，让PZT原料在其中烧结成晶体；然后覆上一层硅橡胶薄片，接好电路，再将氧化镁基板溶解掉。PZT含铅，直接接触生物体时会造成危害，因此还需要再盖上一层硅橡胶，将其彻底包裹起来。制作出的成品看起来像是细细的栅栏——1厘米有100条以上的PZT晶体，每条晶体只有0.01毫米宽。下一步，他们打算制造面积更大的产品，最终目标是将之变为可以随身携带、随时发电的发电机。

　　这种发电橡胶可能有很多用途。除了做鞋垫之外，它还可以做成服装的配件、日常用品，甚至可以成为植入体内的电源，因为硅橡胶有很好的生物相容性。在麦卡尔平的设想中，这种只要一点点变形就可以发电的装置可以利用人呼吸时肺部的变形来发电，只要将其植入体内，比方说紧贴着肋骨，它就可以给诸如心脏起搏器这样的小设备提供电力。

　　现在研究人员还没有开展动物实验来检测这种发电机的生物安全性，但是已经有了将其安装在鞋上的计划。如果它发出的电力能够给手机或者iPod充电，就已经可以算得上是非常有价值的产品了。随着电子设备能耗越来越低、我们对随身设备的依赖越来越强，这种柔软的发电机也许能够给我们带来更多的自由。