石墨烯能量采集器可从环境电磁辐射取电

驱动中国11月8日消息，阿肯色大学与密歇根大学研究人员开发出一种基于石墨烯的能量采集装置，能够从附近电线产生的环境电磁辐射中获取电能，并为超低功耗温度传感器供电。

北欧神话中的雷神托尔以凭空召唤闪电闻名，而该装置实现类似效果无需魔法锤子。研究人员利用这项技术搭建了一套无需电池的温度传感系统，系统由能量采集器、电能转换电路、储能电容器以及超低功耗温度传感器组成。整套系统不依赖有线供电，依靠电磁感应取得电能，维持传感器运行。

导线通电后会在周围形成磁场。在交流电场景中，电流波动会带动磁场方向与强度持续变化。该研发对应的美国采用60Hz交流电，电流每秒完成60个周期变化。变化磁场中存有能量，研究人员找到截取部分磁场能量并转化为电能的路径，所得电力足以驱动一枚微型温度传感器。

在装置结构上，团队利用石墨烯制造电感器，并加入钢制磁芯，以提升磁场捕获能力。当电感器靠近电源线时，交变磁场穿过器件，并在其两端形成微弱交流电压。该过程基于电磁感应，与传统变压器和发电机的基本原理一致。

这种微弱电信号不能直接驱动电子元件。电感器输出的是交流电，而温度传感器需要使用直流电；同时产生的电压过低，无法稳定驱动任何设备。因此，系统还需要电能转换电路和储能环节配合。研究人员设计了基于考克饶夫-沃尔顿（Cockcroft-Walton）倍压电路的转换系统，将交流信号整流为直流电，并逐级提高电压，使其达到传感器电子元件所需水平。

储能方面，研究人员没有采用传统可充电电池，而是使用三个电容器储存采集到的电能，电容器可逐步积累电荷。研究人员表示，能量采集器补充电能的速度超过温度传感器消耗电能的速度。即便经过上述处理，系统产生的电能仍然太少，无法驱动普通电子设备。