未來(lái)藍(lán)色能源：摩擦納米發(fā)電機(jī)回收海水動(dòng)能!

。

　　美國(guó)佐治亞理工學(xué)院和中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林教授研究組，近期不斷的研發(fā)出各種類型的摩擦納米發(fā)電機(jī)

，革新著人們對(duì)能量收集的傳統(tǒng)概念。王中林教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地利用固液界面的摩擦起電現(xiàn)象，成功研制出水能摩擦納米發(fā)電機(jī)，并用于對(duì)河流、雨滴、海浪的動(dòng)能收集。通過(guò)摩擦納米發(fā)電機(jī)四種基本模式的組合應(yīng)用，可以高效地回收海洋中的動(dòng)能資源，包括水的上下浮動(dòng)，海浪，海流，海水的拍打。如果將這些摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)成網(wǎng)狀放置到海洋中，根據(jù)估算，每平方公里的海面可以產(chǎn)生兆瓦級(jí)的電能，有可能成為新型的藍(lán)色能源。最新的相關(guān)成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Adv.Mater.2014,26,4690)和《應(yīng)用化學(xué)》(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,1)，ACSNano等國(guó)際知名期刊上。

 

　　1. 首次實(shí)現(xiàn)固液界面摩擦發(fā)電

 

　　一般認(rèn)為摩擦起電現(xiàn)象只有在相對(duì)干燥的條件下才能發(fā)生，但是王中林教授團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)

，水面與特定的材料之間也會(huì)發(fā)生摩擦并且能夠促使材料表面帶有電荷?div id="m50uktp" class="box-center"> ；谠摪l(fā)現(xiàn)，由林宗宏博士和程綱博士所組成的研究組研制出了能夠收集水波動(dòng)能的水能摩擦納米發(fā)電機(jī)：將鍍有金屬電極的高分子聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作為接觸面，與上下浮動(dòng)的水面之間不斷發(fā)生接觸和分離，同時(shí)通過(guò)聚二甲基硅氧烷背面的金屬極板和水中的金屬極板向外電路輸出電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在與水面周期性的接觸過(guò)程中，發(fā)電機(jī)輸出電壓達(dá)到52伏，輸出電流密度為2.54mAm-2。峰值功率密度為0.13Wm-2。該研究成果發(fā)表在《應(yīng)用化學(xué)》上(Angew.Chem.Int.Ed.2013,125,48)。

 

　　2. 同時(shí)收集水滴和波浪動(dòng)能的

 

　　為進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，使用背面鍍有金屬電極的超疏水聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作為摩擦表面

，構(gòu)建單電極結(jié)構(gòu)的水能摩擦納米發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)水滴和波浪動(dòng)能的同時(shí)收集。該發(fā)電機(jī)利用水滴與環(huán)境或摩擦表面的接觸摩擦中帶上的摩擦電荷，通過(guò)靜電感應(yīng)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)自由電子在等電位和單電極之間來(lái)回轉(zhuǎn)移，從而形成交流的輸出電流。實(shí)驗(yàn)表明，在30微升水滴的作用下，該水能摩擦納米發(fā)電機(jī)可輸出電壓9.3V，輸出電流17A，峰值功率為145W。該研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Adv.Mater.,2014,26,27)。

 

　　3. 利用水能摩擦納米發(fā)電機(jī)全方位實(shí)現(xiàn)海浪發(fā)電

 

　　（1）

、利用海水上下浮動(dòng)造成水面對(duì)海岸邊物體的淹沒(méi)和露出過(guò)程來(lái)發(fā)電。

　　在王中立教授的帶領(lǐng)下