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  • 超润滑界面-纳米发电机:从雨水和波浪中发电

      水覆盖了地球表面71%的面积,其中蕴◆●△▼●含着大量的机械能。19世纪末以来,水力发电日益普及,矗立于大江大河上的水电站成为人类能源体系中的重要一环。然而,可供利用的蕴含于水中的能▪…□▷▷•量不止于此,雨滴和海浪中都蕴藏着大量未被充分利用的机械能。

      2012年,王中林院士提出并发明了摩擦纳米发电机(TENG)。TENG可以将固体与固体之间,或者固体与液体之间相互摩擦的能量转化为电能。利用这一技术,当雨滴或海浪与特定表面摩擦,其中的动☆△◆▲■能就可以用来发电。

      在现有▪•★◇…=▲的TENG技术中,经常选用疏水或超疏水表面作为固体界面。然而这些表面在各种极端工作条件下很容易失效:低温高湿可能导致表面冻结;水下条件中,超疏◆▼水表面则容易润湿过度,并受到生物◇=△▲污染膜★-●=•▽的影响。这些情况都严重制约了这一技术的效率和应用范围。

      在这篇由香港城市大学王钻开教授课题组发表于《国家科学评论》(National Science Review,NSR)的文章中,作者将超润滑液体注入型表面(◁☆●•○△SLIPS)与T△▪▲□△ENG相结合,设计出了一种基于超润滑界面的液-液摩擦纳米发电机(SLIPS-TENG)。在低温条件下,SLIPS-TENG的工作效率比既有超疏水固-液界面纳米发电机提高了一个数量级以上。

      SLIPS是将低表面张力润滑液体注入固体材料而得到的液体表面,这种表面可以具备超润滑性能,并拥有快速自我修复能力,已经在防污,减阻,抗结冰等领域获得应用。在本研究中,研究者将氟化的润滑液注入多孔聚四氟乙烯薄膜中,得到★▽…◇超润滑SLIPS液体表面,并与水形成液-液-固的•●摩擦界面。该工作首次将SLIPS 与TENG有机地组合在一起,研发的器件除了具备SLIPS的各种优异性能外,还能有效地将雨水和波◇•■★▼浪的机械能转化为电能。这种新型液-液摩擦纳米发电机在环境适应性、输出○▲-•■□▲=○▼稳定性、自清洁性、柔性和光学透明性等方面表现出诸多优势,并可以在低温下保持与室温下相当的电能输出,为设计新型的水能转换器件以实现蓝色能源梦想提供了新思路。研究人员还证明摩擦电荷同样会在液-液-固界面之间产生,并探究了润滑液膜厚度和液-液摩擦产生电荷之间的关系。

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