德克萨斯大学达拉斯分校研究人员开发出一种基于重水的中性电解质系统，用于提升“扭转纳米纱”（twistrons）的能量收集性能。扭转纳米纱是一类由碳纳米管纺制而成的纱线，可在反复拉伸过程中产生电能。研究团队表示，该进展有望推动智能纺织品应用，例如通过收集人体运动能量为可穿戴电子设备或传感器供电。

在发表于《ACS Nano》的一项研究中，研究人员及其合作者报告称，将传统水基中性电解质溶液中的普通水替换为重水后，浸泡于其中的扭转纳米纱能量输出显著提升。普通水由氢和氧原子组成，而重水中的氢被氘取代，氘为含有额外中子的氢同位素。

研究通讯作者、德克萨斯大学达拉斯分校研究助理教授、艾伦·G·麦克迪亚密德纳米技术研究所联合负责人张梦梦表示，与普通水体系相比，重水体系在0.01赫兹至2赫兹的低频条件下，峰值电功率最高提升2.5倍，每个拉伸周期的能量提高1.8倍；能量转换效率达到9.5%，高于此前在中性电解质中运行的扭转纳米纱能量收集器的报道水平。

张梦梦称，尽管该研究主要聚焦于人体运动或海浪等低频能量收集场景，但氘增强的扭转纳米纱在2赫兹至50赫兹的高频条件下同样表现突出，并提到潜在应用包括从汽车轮胎旋转中收集电能。

扭转纳米纱由碳纳米管纺制而成。碳纳米管为中空碳管，其直径约为人类头发的万分之一。该类纱线最初由达拉斯分校牵头团队于2017年在《Science》杂志中描述，采用类似普通纺织纤维的三股结构，便于集成到织物中。

研究人员指出，扭转纳米纱在强酸性电解质覆盖下通常可获得更高性能，但酸的腐蚀性限制了其在可穿戴或对环境敏感系统中的使用。中性水基电解质更安全，但效率相对较低。

共同第一作者、德克萨斯大学达拉斯分校自然科学与数学学院化学博士生伊沙拉·埃卡纳亚克表示，新开发的重水基电解质系统旨在解决上述矛盾，在保持无腐蚀特性的同时提升性能，尤其适用于人体活动等低频环境。他还称，使用重水可减缓带电分子的运动，从而降低或最小化自放电速率，使碳纳米管上能够保持更多电荷，进而改善能量收集表现。

为展示应用前景，研究团队将覆盖固体电解质凝胶的扭转纳米纱阵列嵌入商业纺织品，并通过拉伸材料模拟人体运动能量收集。研究人员称，所捕获的能量已成功用于为可穿戴电子设备供电。

此外，团队还演示了热能收集方案：将涂覆电解质的扭转纳米纱与一种受热收缩的聚合物人工肌肉耦合，随着人工肌肉收缩带动纱线拉伸产生电能，显示其在环境温度变化相关应用中的潜力。

研究团队表示，下一步将继续寻找优化氘基电解质系统的方法。