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(shí)驗(yàn)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(dòng)。發(fā)電量。
準(zhǔn)確地說，滴流發(fā)電的奇觀是由石墨烯及其輔助材料實(shí)現(xiàn)的，石墨烯是世界上最薄的材料，只有一個(gè)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(guó)曼徹斯特大學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)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(duì)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(shí)上，石墨烯被認(rèn)為是一種有前途的材料的原因之一是它的強(qiáng)親和力，通過適當(dāng)?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(tuán)隊(duì)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(dāng)受到外力變形時(shí)，它能產(chǎn)生電荷。日常用品中有壓電材料，如打火機(jī)和麥克風(fēng)，它們將微小的變形轉(zhuǎn)化為電活動(dòng)。壓電薄膜也存在于可穿戴設(shè)備中，當(dāng)你移動(dòng)時(shí)記錄脈沖跳動(dòng)。
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(gè)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(dāng)一滴水滴落下時(shí)，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(dòng)，石墨烯表面的帶電粒子隨之移動(dòng)，這就導(dǎo)致了電荷的轉(zhuǎn)移。電子在石墨烯中的運(yùn)動(dòng)，就像電線中的電子從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極。石墨烯中的電子運(yùn)動(dòng)非?？?，達(dá)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(shí)現(xiàn)了電流和電壓的連續(xù)輸出。
韓國(guó)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(guó)科技大學(xué)吳恒安教授作為合作者，支持對(duì)石墨烯壓電薄膜水滴發(fā)電原理進(jìn)行了理論模擬，得到了很好的數(shù)學(xué)結(jié)果，并在國(guó)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(jìn)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(gè)新的發(fā)現(xiàn)。首次提出了石墨烯與支撐材料之間的動(dòng)態(tài)電荷相互作用，拓寬了人們對(duì)納米材料中水流感應(yīng)電壓的認(rèn)識(shí)，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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