隨著微小型,、可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增,，在周圍環(huán)境中收集能量進(jìn)而為低功耗電子產(chǎn)品供能并發(fā)展自供能技術(shù)，成為研究熱點(diǎn),。傳統(tǒng)電磁發(fā)電需要復(fù)雜的設(shè)備,，同時(shí)，基于固固界面的摩擦產(chǎn)電在長(zhǎng)期摩擦過(guò)程中存在材料磨損問(wèn)題,。有研究發(fā)現(xiàn),，基于固液界面動(dòng)態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電有望解決上述問(wèn)題,。但是，動(dòng)態(tài)雙電層產(chǎn)電機(jī)理尚不明確,，產(chǎn)電性能有待進(jìn)一步提升,。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員李朝旭團(tuán)隊(duì)利用離子液體部分溶解和融合纖維素納米纖維(CNFs)，制備了具有高壓縮回彈性和高離子導(dǎo)電能力的CNFs多孔離子凝膠,。
基于液態(tài)金屬與多孔離子凝膠動(dòng)態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電機(jī)制及功能示意圖
研究發(fā)現(xiàn),，通過(guò)離子液體摻量調(diào)控鎵銦合金液態(tài)金屬與離子凝膠的界面潤(rùn)濕性，使鎵銦合金液態(tài)金屬在外部機(jī)械力作用下,，可以進(jìn)入離子凝膠內(nèi)部孔道;撤銷外部作用力后，鎵銦合金液態(tài)金屬可以依靠?jī)?nèi)凝聚力撤離凝膠孔道,，恢復(fù)原有形態(tài),。同時(shí)，以鎵銦合金液態(tài)金屬為動(dòng)態(tài)電極,，固態(tài)金屬鉑為固定電極，受力過(guò)程中鎵銦合金液態(tài)金屬與多孔離子凝膠雙電層發(fā)生變化,，引起電荷移動(dòng)而產(chǎn)電。進(jìn)一步,，研究表明,，鎵銦合金液態(tài)金屬動(dòng)態(tài)電極與鉑固定電極表面的雙電層在時(shí)空上的非對(duì)稱性是產(chǎn)電的關(guān)鍵,。研究顯示,，通過(guò)優(yōu)化條件，產(chǎn)電電流達(dá)25 μA cm–2.功率達(dá)4 mW cm–2.能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)36%,。
這一研究為構(gòu)筑高壓縮回彈的導(dǎo)電離子凝膠提供了策略,，有望應(yīng)用于環(huán)境能量收集和無(wú)源傳感研究領(lǐng)域,。 近期,，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上,。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等的支持。
參考文獻(xiàn)： 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)
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