科学家开发了一种微型温度传感器，可从电线附近的磁场中采集能量。

电线会产生通常被忽略的弱电磁场，但研究人员已找到方法将其中部分能量转化为微型电子设备的电源。阿肯色大学（U of A）与密歇根大学的科学家开发出一种基于石墨烯的能量采集器，可在不使用传统电池的情况下为超低功耗温度传感器供电。

该原型利用周围环境收集的能量运行，功耗以纳瓦计，即十亿分之一瓦。它标志着团队在开发可无人值守运行数十年的自主传感器目标上又进一步。

将电线转化为电源

该技术从承载交流电的电线所产生的磁场中捕获能量。在美国，电力通常以60赫兹运行，即电流每秒改变方向60次。研究人员设计的传感器可从这些低频磁场中采集能量。

石墨烯电感器收集能量，并向定制电路发送交流电信号，后者将其转换为直流电。该电能给电容器充电，为传感器存储能量。与电池不同，电容器通过电场而非化学反应存储能量。

阿肯色大学物理学教授 Paul Thibado 解释，电感器以较慢速率向这些电容器补充电荷，但仍快于传感器消耗电容器电荷的速率。

由于传感器消耗能量的速度慢于系统补充能量的速度，电容器可维持一定的电能储备。Thibado 估计，在停电期间，这些存储能量可使设备运行至少24小时，可能延长至一周。

构建可自供电的传感器

新设备是该研究团队开发的第二个石墨烯供电温度传感器。此前工作表明，基于石墨烯的太阳能电池可提供足够电力运行温度传感器，为自主电子设备建立了另一种可能的能量来源。

石墨烯是由单层碳原子组成的材料，其电学特性使其适用于能量采集技术。Thibado 研究这些特性已超过十年，并发明了团队研究中使用的石墨烯能量采集器。

研究人员的最终目标是结合多种环境能量采集方式，包括阳光、热、声音、运动和周围电磁场。配备多套采集系统的传感器可在某一能量来源不可用时继续运行，从而降低对单一电源的依赖。

温度监测之外的应用

尽管温度测量提供了实际演示，该技术最终可支持农业、环境监测、医疗追踪、可穿戴电子和供应链管理中的传感器。这些应用通常要求设备在更换电池昂贵、不便或不切实际的位置运行。

Thibado 将长期愿景描述为设置后无需干预，传感器设计为可长期运行而无需常规更换电池。消除一次性电池还可减少维护需求和电子废弃物，但数十年的可靠运行尚未得到验证。

该研究发表于 Journal of Vacuum Science and Technology B，阿肯色大学材料科学与工程博士生 MD Rezaul Kabir 为第一作者。项目还涉及密歇根大学的研究人员，包括电气工程与计算机科学教授 David Blaauw，其工作聚焦低功耗无线传感器与嵌入式系统。

商业化开发与未来可能

纳米技术公司 NTS Innovations 拥有该石墨烯能量采集技术的独家商业化许可。公司支持了专利开发、商业规划，以及识别潜在客户和商业伙伴的工作。

已有60多个相关方表示有兴趣测试该技术并探索将其集成到产品中的方式。正在进行的讨论有助于确定实际需求，包括不同应用所需的最低电功率。

研究人员设想由自供电传感器组成的网络，可在极少人工干预下多年收集信息。将基于石墨烯的能量采集与消耗极低电量的电子设备结合，可能有助于实现该目标，尤其是在联网设备在家庭、工业与环境监测系统中日益普及的背景下。

参考文献：Md R. Kabir、Ashaduzzaman、T. B. Amin、J. M. Mangum、S. M. Rahman、H. Do、G. Carichner、D. Blaauw 与 P. M. Thibado，Graphene powerline energy harvester powers a batteryless sensor，Journal of Vacuum Science & Technology B，2026年10月20日，DOI: 10.1116/6.0005814