从运动中获取能量的可穿戴设备并不是一个新想法，但莱斯大学发明的一种材料可能会使它们更实用。化学家詹姆斯·图尔的莱斯实验室已经将激光诱导石墨烯(LIG)应用于小型、无金属的发电设备。就像在头发上摩擦气球一样，将LIG复合材料与其他表面接触会产生静电，这些静电可以用来驱动设备。这要感谢摩擦电效应，它使材料通过接触聚集电荷。
当它们被放在一起然后分开时，表面电荷就会累积起来，这些电荷就会被引导到发电中去。在实验中，研究人员将一条折叠的LIG条带与一串发光二极管连接起来，发现轻敲该条带产生的能量足以让它们闪光。一块更大的LIG嵌在触发器中，穿戴者每走一步都能产生能量，因为石墨烯复合材料与皮肤的反复接触会产生电流，为一个小电容充电。
电子显微镜下图像显示了由激光诱导的石墨烯和聚酰亚胺复合材料的横截面，该复合材料是莱斯大学制造的，用于摩擦电纳米发电机。图片：Tour Group/Rice University
这可能是一种为小型设备充电的方法，只需要利用走路时脚后跟撞击的多余能量，或者手臂摆动撞击躯干的多余能量。美国化学学会期刊《ACS Nano》详细介绍了该项目。LIG是一种石墨烯泡沫，当化学物质在聚合物或其他材料表面用激光加热时，只留下相互连接的二维碳薄片。该实验室首先在普通聚酰亚胺上制备了LIG，但将该技术扩展到植物、食品、处理过的纸张和木材上。该实验室将聚酰亚胺、软木和其他材料制成LIG电极。
（博科园-图示）莱斯大学博士后研究员迈克尔·斯坦福(Michael Stanford)拿着一个触发器，鞋跟上绑着一个基于激光诱导石墨烯摩擦电纳米发电机。使用触发器行走时，发电机与佩戴者的皮肤不断接触，从而产生电能。图片：Jeff Fitlow/Rice University
观察它们产生能量的能力，以及抗磨损能力。从摩擦电系列两端的材料中得到了最好的结果，摩擦电系列量化了通过接触带电产生静电荷的能力。在折叠结构中，从摩擦负聚酰亚胺的LIG喷上聚氨酯保护涂层，也作为摩擦正材料。当电极放在一起时，电子从聚氨酯转移到聚酰亚胺。随后的接触和分离驱动电荷，这些电荷可以通过外部电路存储，以重新平衡累积的静电荷。折叠的LIG产生了大约1千伏电压，经过5000次弯曲循环后仍然保持稳定。
最好的配置是使用聚酰亚胺- lig复合材料和铝电极，产生3.5千伏特以上电压，峰值功率超过8毫瓦。该论文第一作者、莱斯大学博士后研究员迈克尔·斯坦福说：嵌入触发器中的纳米发电机能够在步行1公里后将0.22毫焦的电能存储在电容器上。这种能量存储速度足以为可穿戴传感器和电子设备提供人类活动所需的能量。
