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周军教授课题组在《自然·纳米技术》发表论文

来源:武汉光电国家实验室(筹) 点击次数:3533次 发布时间:2017-02-10 16:12:33 编辑:王荣

  新闻网讯 1月30日,《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)刊发我校武汉光电国家实验室(筹)周军教授、南京航空航天大学郭万林教授,以及中山大学邓少芝教授和陈建教授领导的联合研究团队研究成果。该论文题为“Water-evaporation-induced electricity with nanostructured carbon materials”。


  液态水从环境中吸收热能转化为气态水是自然界中普遍存在的现象,这种水蒸发过程无时无刻地发生,也是云朵、雨水、晨露、雾气等自然现象的形成原因。来自我校、南京航空航天大学和中山大学组成的联合研究团队则关注如何利用这种自然现象从环境中获取额外的能量,经过多年的持续的努力,取得了阶段性研究进展。他们发现水在经过退火与等离子处理过的酒精碳黑薄膜表面蒸发时,在自然环境下能够产生持续直流电压和电流信号,持续时间超过160小时,电压可以达到1.0 V。这种器件可以像电池一样进行串联和并联,4个器件串联就能产生约4.8伏的电压,足以驱动显示“华中科技大学”校徽logo的液晶显示屏。进一步研究表明,碳黑薄膜在退火和等离子处理过程中引入的亲水官能团在发电过程中起到了关键作用,这种发电现象是由水在蒸发(吸收环境中低品质热能)过程中带动水在碳黑薄膜内部纳米孔道的定向流动所引起的,其电压产生机理与流动电势(stream potential)相关。



串联装置为液晶显示屏供电


  这种发电现象可以在多种不同的纳米结构碳材料中观察到,是一种普适的现象。与传统的利用外在压力梯度或化学浓度梯度等驱动产生的流动电势相比,该研究仅利用非常简易的材料和装置即可将自然环境中无处不在的低品质热能自动转化为高品质电能。在后续的研究中,该研究团队将继续深入研究内在机理,通过优化材料和器件提高电能的输出和相应的能量转换效率,并进一步拓展其在污染物降解、海水淡化等方面的潜在应用。



周军教授团队


  据悉,周军教授课题组于2010年7月开始启动本研究工作,经过整个联合研究团队的多年精诚合作,最终取得了阶段性研究成果。我校为本研究论文第一作者单位,薛国斌、许莹(南航)、丁天朋、李嘉等4位同学为共同第一作者,周军教授和郭万林教授为共同通讯作者。该研究受到国家自然科学优秀青年基金、国家自然科学基金面上项目、中组部万人计划“青年拔尖人才”支持计划、高等学校优秀博士学位论文作者专项资金以及武汉光电国家实验室主任基金等项目的支持,以及联合研究团队的多位合作者的长期帮助。


论文链接:

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2016.300.html


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Water evaporation generates electrical energy