声波供电系统让手机告别充电器

压电材料领域的新发现或许能创生出自我供电的手机或其他电子装置，它们可以将声波转换为电能，来维持电子设备的运行

大家现在可以想象一个永远都不需要充电的手机了，因为它能够将使用者说话的声音转换为电能，为手机续航。这并非遥不可及，Tahir Cagin教授[德州A&M大学（原德州农机学院）化工系]最新的一项发明将让我们的想象变为现实。

Cagin的研究领域是纳米技术，他利用材料的压电效应，在能量获取领域取得了重大突破。这一领域的研究旨在发展自我供电装置，以摆脱电池等外部能源。

尤其值得一提的是，Cagin和休斯顿大学的合作伙伴们找到了一种压电材料，在很小的尺度范围内，这种材料转换能量的效率能提升一倍。在这里，“很小的尺度”大概为21纳米厚。“但是，在这个尺度之外，无论是更大还是更小，该压电材料的能量转换效率都会大幅降低。”Cagin说。

Cagin的这些研究发现刊登在美国物理学会的科学期刊《物理评论B》（Physical Review B）上。这一研究将在许许多多的低功耗电器中产生深远的影响，比如手机、笔记本电脑、对讲机以及其他各种与电脑相关的配件，而这些电器是每个人都离不开的，无论是普通消费者，还是法庭上的工作人员，甚至是战场上的士兵。

1纳米等于1米的十亿分之一，是计量原子和分子尺度的单位，人的头发丝宽度相当于10万纳米。我们在很多高科技装置中都能见到纳米尺度的器件。

虽然Cagin研究的东西非常小，但产生的影响却相当大。人们对各种便携无线设备的持续工作能力要求逐渐增高，而Cagin的发现则为这一领域的发展提供了巨大的支持。

人们关心手机或MP3的各种功能，但他们更关注电池的寿命，因为这是让他们享受这些功能的关键。当然，除了能为消费者带来方便，自我供电装置同样是各个国家机构关注的焦点。

美国国防高级研究计划署（DARPA）对士兵们在战场上使用发电装置进行了研究，开发出了能将行走产生的能量转换为电能的装置，为士兵们随身携带的设备发电。传感器（例如用于探测地雷的感应器）将极大地受益于这种自我供电系统，从而降低对电池的需求。

“如果对这些压电材料进一步加工，它们甚至可以将各种扰动的声波，如气体、液体和固体的压力波，转换成为纳米或微米器件所需的电能。”Cagin说。

压电体（piezoelectrics）是这项技术的关键，Cagin解释说。这个单词来自希腊文“piezein”（压力的意思），压电体指的是一种能将施加在它表面的机械力转换为电能的材料，通常是是晶体或陶瓷。相反地，当对这些材料施加电场的时候，它们的物理性能将发生变化。

压电体最早是有法国科学家在19世纪80年代发现的，因此不是一个新概念了。在第一次世界大战期间，压电材料首次被应用到声纳装置中。今天，我们在麦克风、石英表中都有应用。汽车中的点烟器里同样含有压电材料。压下点烟器按钮后，压力将使压电晶体提供足够的电压来产生火花。

大型场所也在使用压电材料。欧洲一些夜总会也将压电材料应用到了舞池中，这样就可以将跳舞者的脚步对地面的压力转换为电能。此外，香港的一家健身馆也用相同的方法来为室内的照明以及音响供电。

“压电效应在这些领域大放光芒的同时，科学家们也开始致力于它在纳米尺度的应用，这是一个相对较新的领域，与以往不同，也更加复杂。”Cagin说。

Cagin表示：“我们正在研究自然界的一些基本规律，并希望利用这些规律来研制更优秀的工程材料。我们研究它们的化学成分及物理构成，希望能控制它们，来提升材料的性能。”（环球科学编译 申宁馨）