由重力產(chǎn)生的石墨與一滴純水呈現(xiàn)出新的功能
由重力產(chǎn)生的石墨與一滴純水呈現(xiàn)出新的功能
一滴水通過石墨烯表面,產(chǎn)生約1伏的電壓,不斷地輸出電流。記者近日在浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院副教授林世生的實驗室中看到,神奇的材料石墨烯具有一種新的功能——水在石墨烯中的流動。發(fā)電量。
準確地說,滴流發(fā)電的奇觀是由石墨烯及其輔助材料實現(xiàn)的,石墨烯是世界上最薄的材料,只有一個原子厚,大約是頭發(fā)厚度的50萬倍,因此石墨烯器件總是由石墨烯及其輔助材料構(gòu)成的,過去人們往往更為關(guān)注關(guān)于石墨烯本身,卻忽視了輔助材料也可以起到重要作用。林世生曾與英國曼徹斯特大學(xué)諾貝爾獎獲得者、石墨烯發(fā)現(xiàn)者之一安德烈·海姆合作。石墨烯自2004年發(fā)現(xiàn)以來,就吸引了人們對研究的熱情,但發(fā)展起來了。相關(guān)應(yīng)用器件的NT反應(yīng)一直很慢,事實上,石墨烯被認為是一種有前途的材料的原因之一是它的強親和力,通過適當?shù)貙⑹┡c其他特定材料結(jié)合,我們可以發(fā)現(xiàn)這層薄碳原子的無限潛能。
林世生的團隊使用壓電薄膜作為石墨烯的支撐材料,從水滴中發(fā)電。壓電薄膜是一種壓電材料,它有其特殊的性能:當受到外力變形時,它能產(chǎn)生電荷。日常用品中有壓電材料,如打火機和麥克風(fēng),它們將微小的變形轉(zhuǎn)化為電活動。壓電薄膜也存在于可穿戴設(shè)備中,當你移動時記錄脈沖跳動。
但是單靠壓電薄膜是不能發(fā)電的。用金屬等其它材料代替石墨烯,不能使水流發(fā)電裝置與壓電薄膜結(jié)合在一起。林世生說,石墨烯的兩個重要性能在這里起著不可替代的關(guān)鍵作用:非常薄,導(dǎo)電性好。
當一滴水滴落下時,它的重力通過非常薄的石墨烯,引起壓電薄膜的變形,產(chǎn)生電荷,然后在石墨烯表面形成一層水分子或離子,然后水滴開始流動,石墨烯表面的帶電粒子隨之移動,這就導(dǎo)致了電荷的轉(zhuǎn)移。電子在石墨烯中的運動,就像電線中的電子從一個電極流到另一個電極。石墨烯中的電子運動非常快,達到每秒1000公里,約為光速的1%,大大超過了水滴的速度,從而實現(xiàn)了電流和電壓的連續(xù)輸出。
韓國城關(guān)大學(xué)林世生教授和金相宇教授共同研制了輸出電壓為1.1伏的石墨烯液滴發(fā)電裝置。理論上,通過串聯(lián)這些裝置,它們可以用作電池。中國科技大學(xué)吳恒安教授作為合作者,支持對石墨烯壓電薄膜水滴發(fā)電原理進行了理論模擬,得到了很好的數(shù)學(xué)結(jié)果,并在國際著名的功能材料等刊物上發(fā)表了這些研究成果。
石墨烯發(fā)電取得了很大的進展,以往的研究表明,滴到石墨烯上的鹽水溶液可以輸出電流,林世生說,這是工作中的鈉離子、氯離子等溶液本身,利用純水的重力,結(jié)合石墨烯和壓電材料的特性,可以得到很好的解決方案。材料發(fā)電是一個新的發(fā)現(xiàn)。首次提出了石墨烯與支撐材料之間的動態(tài)電荷相互作用,拓寬了人們對納米材料中水流感應(yīng)電壓的認識,為從水流中獲取電能提供了新的思路,這一新發(fā)現(xiàn)表明石墨烯可以制備成敏感的生物傳感器或未來的能源設(shè)備。
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