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  隨著能源危機(jī)的持續(xù)威脅和化石能源的持續(xù)消耗，清潔能源和低碳環(huán)保材料備受國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。與其他清潔能源如太陽能、風(fēng)能、氫能、核能、水力能等發(fā)電相比，氣態(tài)水分子（濕氣）是一種儲量極為豐富且可循環(huán)、持續(xù)利用的自然資源，具有分布極廣、成本低廉、易采集且不受任何氣候和地理條件的限制等優(yōu)勢。依靠濕氣誘導(dǎo)發(fā)電是一項涉及眾多學(xué)科的集成技術(shù)，具有在自供電電子、醫(yī)療保健、安全、信息存儲、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的巨大潛力，是當(dāng)前我國可再生新能源領(lǐng)域研究的熱點之一。目前，濕氣發(fā)電的發(fā)展仍存在發(fā)電性能低且穩(wěn)定性、持久性較差等瓶頸問題，亟需發(fā)展高水平濕氣產(chǎn)電的新型功能材料，應(yīng)對工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市智慧生活的重大應(yīng)用需求，同時為未來戰(zhàn)場、極端環(huán)境作業(yè)取電等提供一個新的重大技術(shù)支持。

  華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉德桃課題組受樹木自然生長過程中水分子、離子運輸機(jī)制啟發(fā)，開發(fā)了一種木材腔壁微納米表面操縱技術(shù)，由天然木材直接加工成了一種特殊的離子木材功能結(jié)構(gòu)，同時還保存了天然木材獨特的從上到下能夠定向輸送離子的微通道，并在腔壁表面形成了一種由納米纖維素粘連LiCl納米粒子構(gòu)建的蜘蛛網(wǎng)狀超結(jié)構(gòu)，高效捕集空氣水分子，實現(xiàn)高效可持續(xù)的離子運輸機(jī)制，使得自供電設(shè)備的電量輸出水平及其穩(wěn)定性方面取得了重大突破。

圖1 離子木材的制備過程及器件的發(fā)電性能

  單個器件面積（40 mm×40 mm×3.0 mm）具有優(yōu)異的產(chǎn)電能力（～700 mV開路電壓，～712 μA短路電流；其中短路電流輸出能力是當(dāng)前大多數(shù)功能材料的100～1000倍）。該項新技術(shù)還具有很強的氣候環(huán)境適應(yīng)性和穩(wěn)定性，在嚴(yán)苛的外界環(huán)境中及劇烈的環(huán)境因素的波動下電壓可以保持相對穩(wěn)定，在環(huán)境濕度大動態(tài)變化下（RH= 5～100%）獲得較穩(wěn)定發(fā)電的優(yōu)勢，該項新技術(shù)突破并解決了當(dāng)前濕氣產(chǎn)電設(shè)備難以實現(xiàn)高電壓、高電流及穩(wěn)定性的共性難題，將為未來戰(zhàn)場極端野外生存、軍用蜜蜂無人機(jī)、高空大氣氣候監(jiān)測、干旱沙漠及南極洲極端環(huán)境作業(yè)取電提供了新的技術(shù)支持。

  課題組成員還通過充放電曲線的測試，發(fā)現(xiàn)該器件也具有類似于商業(yè)電池一樣的反復(fù)充放電的性能，不同的是該器件充電的原料僅僅是環(huán)境空氣中無處不在的水分子，而不是電力。

  在后續(xù)進(jìn)一步技術(shù)與材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，他們發(fā)現(xiàn)該設(shè)備可在空氣中長周期自發(fā)地反復(fù)充放電且衰減很小，具有在室內(nèi)建筑照明設(shè)備供電、新能源交通動力、軍事工業(yè)等應(yīng)用的巨大商業(yè)潛力，已獲得相關(guān)知名企業(yè)的高度關(guān)注和緊密洽談。

  原文連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522001495?dgcid=author

課題組簡介：

  華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院劉德桃課題組的研究致力于發(fā)現(xiàn)和探索自然界樹木、草本植物等生長過程中獨特的物質(zhì)運輸機(jī)制，從中獲得靈感和啟發(fā)，創(chuàng)新運用材料表面微尺度操縱技術(shù)，發(fā)展功能木材、紙、膜及其仿生納米結(jié)構(gòu)的宏觀制備科學(xué)及工程技術(shù)，探索其對自然界可再生資源（如水分子、二氧化碳等）的高效捕獲與轉(zhuǎn)化機(jī)制，研究在低碳健康材料、水/空氣凈化、光學(xué)與噪聲控制、固態(tài)電化學(xué)及濕-熱電池系統(tǒng)等領(lǐng)域關(guān)鍵應(yīng)用。目前已在國際高水平權(quán)威雜志Energy & Environmental Science, Advanced Materials，Nano Energy, ACS Applied Materials & Interfaces, Advanced Sustainable System等發(fā)表高水平 SCI、EI 等期刊收錄論文 63 篇，論文引用近1000 次，H-Index 16；申請國家發(fā)明專利約50件（已授權(quán)近30件）和 1 件 PCT 專利，主持國家、省部級及企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目近30項，有多項成果獲得規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。社會學(xué)術(shù)兼職或榮譽主要包括：國際VEBLEO協(xié)會會士、國際IAAM協(xié)會會士、中國復(fù)合材料學(xué)會高級會員、中國復(fù)合材料學(xué)會青年工作委員會委員、英國皇家 RSC 會員、美國 ACS 會員、美國 TAPPI 會員等；榮獲廣東省高等學(xué)�！扒О偈瞬殴こ獭� 第八批校級培養(yǎng)對象、廣東省 “特支計劃”科技創(chuàng)新青年拔尖人才（新材料領(lǐng)域）等。