「前沿技術」用液滴流過金屬納米層的發電新技術

2020-09-10 藍海星智庫

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受美國海軍研究署、DARPA等機構資助,美國西北大學和加州理工學院合作,提出了一種用液滴流過金屬納米薄層發電的新方法。

利用液滴在納米級導體或半導體材料(碳納米管、石墨烯、介電半導體等)上滑動發電的方法,已達到約30%的轉化效率,但在材料製造和結構設計方面仍然存在困難。研究人員提出一種一步合成穩定、全無機單元素材料結構的方法,用於液滴滑動發電。該方法採用標準純度廉價金屬(如Fe、Ni、V、Al等)的物理氣相沉積法,在固體或柔性基板(玻璃、塑料、聚合物)上製備高純度、全無機單元素金屬納米層,然後在環境空氣中鈍化形成金屬熱氧化物納米覆蓋層。當pH<5.8或pH>8.0的液滴在液-固界面上受重力作用移動時,與氧化物層摩擦起電,靜電場會越過極薄的氧化物層作用在下方金屬層。在金屬/金屬氧化物納米層上的雙層電場梯度作用下產生電流,梯度越大,電流密度越高。實驗結果表明,用Fe、V、Ni製成的發電器件,可產生數十毫伏的開路電壓,電流密度為μA/cm2量級,液滴流速僅為cm/s量級。

這種薄膜發電方法簡單且製造成本低、能夠快速大批量製造,為電子器件供電提供了一種新選擇,還可在滅菌、太陽能電池等領域應用。

(藍海星)

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