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电子科技大学邓旭教授团队《ACS AMI》:“泡”一下,木头也可以发电
2020-02-26  来源:高分子科技

  水蒸发是自然界中十分常见的现象,水的相变包含着巨大的能量交换,如何实现水能和电能的能量转换也成为近年来新能源材料领域的研究热点。此前,华中科技大学周军教授和南京航空航天大学郭万林教授发表了水蒸发在碳黑片层材料上的可持续发电现象(Nat. Nanotech., 2017, 10, 1038),香港城市大学王钻开教授总结了超浸润界面上的能量收集方式(Adv. Funct. Mater., 2019, 10, 1002),清华大学曲良体教授系统研究了湿气在各种不同材料上的发电效果(Energy Environ. Sci., 2019, 10, 1039)。近日,电子科技大学邓旭教授的研究团队发现,通过将自然生长的木头进行简单的柠檬酸改性,然后在其上下表面覆盖一层薄的网格电极,利用木头材料的天然多孔结构,制作成简易的纳米发电器件,其表面的水蒸发可以在常温下产生300 mV开路电压和10 μA的短路电流。通过串联5个木材发电器件,就可以驱动一个小型计算器工作。

  众所周知,在外力作用下,溶液中带电粒子的运动会导致下游积累电荷,在上下游产生电位差,即流动电势。研究人员利用这一特性,将包覆了碳浆的PET网格电极置于改性木头的上下表面,利用水蒸发通过木头内部孔径时产生的电荷密度差异产生持续且稳定的电压电流。

 

  通过SEM扫描电镜表征可以看出,木头的内部有着许多的细微管道,管道孔径约为9 μm。而改性后的木头有着丰富的羧基官能团,具有极强的亲水性,可以使水分子更为迅速地穿过木头孔道,增强管道中的电荷密度差异性。

 

  研究人员比较了不同密度的木头的发电性能,选取了榉木作为最终的研究对象,同时还比较了榉木在不同反应时间后的发电性能,通过接触角的测量结果以及Zeta电位值的对比发现反应时间为4h的效果最佳。然后,将制备好的木头器件部分浸入装有去离子水的器皿中,发现在室温条件下可以产生300mV的开路电压和10 μA的短路电流,发电的持续时间可长达24h。

 

  最后,研究人员通过简单的串联将制备好的木头器件组装在一起,将输出电压提高到1.3V,成功的进行了计算器的演算过程。

 

  相关的研究成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。文章的共同第一作者为电子科技大学基础与前沿研究院的硕士研究生周小兵和青年教师张文峦博士。通讯作者为邓旭教授,共同通讯作者为张文峦博士

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b23380

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(责任编辑:xu)
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