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                中國科大龔興龍教授課題組JMCA:用于多模態傳感和智能油水分離的功能性海綿基摩擦電納米發電機
                2021-02-27  來源:高分子科技

                  近年來,智能電子產品的蓬勃發展推動了清潔和可持續電源的發展。摩擦電納米發電機(triboelectric nanogenerators, TENGs),能夠通過電荷轉移收集廣泛存在的機械能,成為一個研究熱點。特別地,多孔結構基TENG,由于其比表面積大、模量低、質輕等優點,受到了廣泛的關注。然而,目前研究主要集中在對其輸出性能的改善,對其在多模態能量收集和傳感、以及智能油水分離等領域的應用有待進一步探究。


                  中國科大龔興龍教授團隊通過犧牲模板法,設計并制備了一種基于磁敏海綿的環境友好型多功能摩擦電納米發電機。該設計采用單電極模式,由多孔基體和導電聚合物層組成。外界機械激勵作用的能量可以被TENG有效收集而轉化為電能,該研究對外力頻率、幅度和輸出功率等參數進行了優化,并在105次循環中論證了其穩定性。基于此,該TENG可以通過電容器儲存電能并驅動小型電子器件,以及實時監測壓力和步態。同時,基于磁致形變和摩擦發電的耦合效應,該TENG可作為自供電磁場傳感器,且研究人員結合數值模擬揭示了這一點。此外,海綿基體的親油疏水性和多孔結構賦予材料良好的油水分離性能,該TENG也表現出理想的磁場驅動/控制和主動感知特性,展現出用于智能油水分離領域的巨大潛力。


                圖1 海綿的制備及其形貌、力學性能表征


                圖2 TENG的工作機理和輸出性能


                圖3 TENG的自供電磁場感知特性


                圖4 海綿的油水分離特性


                圖5 TENG的油污傳感特性


                  綜上,這項研究所開發的新型TENG既可用于機械能量收集和主動式磁場感知,也可用于智能油水分離,在可持續能源、自供電多模傳感器和可控油污處理等領域具有廣闊的應用前景。


                  以上成果近期以“Functional sponge-based triboelectric nanogenerators with energy harvesting, oil–water separating and multi-mode sensing performance”為題發表于《Journal of Materials Chemistry A》期刊上(DOI: 10.1039/d0ta12359e)。論文第一作者為中國科大工程科學學院碩士研究生劉帥,通訊作者為中國科大工程科學學院王勝副研究員龔興龍教授


                  該研究得到了國家自然科學基金項目(11802303, 11772320, 11822209, 11972032)、中國科學院戰略重點研究計劃(XDB22040502)、中國科學技術大學國家同步輻射實驗室聯合基金(KY2090000055)、中國科大微納研究與制造中心的資助和支持。


                  文章鏈接:Shuai Liu; Fang Yuan; Min Sang; Jianyu Zhou; Junshuo Zhang; Sheng Wang; Jinsong Li; Shouhu Xuan; Xinglong Gong. Functional sponge-based triboelectric nanogenerators with energy harvesting, oil–water separating and multi-mode sensing performance, Journal of Materials Chemistry A, 2021, Journal of Materials Chemistry A, 2021, DOI: 10.1039/d0ta12359e.

                  https://doi.org/10.1039/D0TA12359E

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                (責任編輯:xu)
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