中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
隨著(zhù)電子設備的小型化和柔性可穿戴設備集成化發(fā)展，從周?chē)h(huán)境中收集能量，為低功耗的可穿戴電子產(chǎn)品供能這一研究備受關(guān)注。湖泊和海面的自然蒸發(fā)、植物蒸騰和呼吸作用以及濕氣在大氣環(huán)境中無(wú)處不在。近年來(lái)，科研人員剖析了從環(huán)境濕氣中收集電能的納米材料（如碳納米材料、生物質(zhì)納米材料以及金屬氧化物等），為柔性可穿戴電子設備提供持續能源。
中國科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所綠色反應分離與過(guò)程強化技術(shù)中心研究員李朝旭帶領(lǐng)的高端材料制造組群研究組，針對二維材料MXene和液態(tài)金屬（LM）微納米液滴相容性差的問(wèn)題，提出了以天然多糖（海藻酸鈉）作為表面活性劑，剖析了LM和MXene之間的界面作用機制，解決了兩者相容性問(wèn)題，并構筑了MXene/LM微納米液滴的包覆結構，實(shí)現了溶劑蒸發(fā)誘導LM微納米液滴燒結。研究發(fā)現，海藻酸鹽分散的LM納米液滴與MXene的混合水分散液，在蒸發(fā)中產(chǎn)生的毛細作用可促使重力沉降于底層的LM納米液滴融合燒結，進(jìn)而構筑MXene/LM異質(zhì)膜。進(jìn)一步，研究發(fā)現，該薄膜在濕度梯度下具有自發(fā)的持續制動(dòng)能力（驅動(dòng)速度為260 °s-1，自振蕩時(shí)間大于3×104s）。該研究揭示了薄膜兩側吸濕體積變化差異是在濕度梯度下自持續致動(dòng)的內在機理。當科研人員將薄膜放置于強度為0.5T的永磁體磁場(chǎng)中時(shí)，薄膜自振蕩機械能在外回路中產(chǎn)生高達1360μA m-2的交變電流。該研究通過(guò)調控界面復合機制，構筑的高導電自振蕩致動(dòng)器在濕環(huán)境中收集能量并給微型電子器件供能，可用于濕環(huán)境下的能量轉化與收集。該技術(shù)克服了濕氣發(fā)電過(guò)程難以持續的問(wèn)題，利于推動(dòng)自持續震蕩薄膜等智能材料的發(fā)展，有望推動(dòng)生物高分子作為能量收集材料的研究與發(fā)展。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、山東省“泰山學(xué)者”項目、山東省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )和青島能源所/山東能源研究院科研創(chuàng )新基金等的支持。
濕氣梯度驅動(dòng)的自持續震蕩薄膜材料制備、結構及濕環(huán)境能量收集功能示意圖。
