可持續(xù)和環(huán)保來源的電能已經(jīng)被廣泛研究和獲取，如風能、太陽能、水力、生物質(zhì)和其他非化石燃料。在傳統(tǒng)的水力發(fā)電中，利用渦輪機將水的勢能轉(zhuǎn)換為機械能進行發(fā)電，往往需要特殊的地形和復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施。水蒸發(fā)是一種常見的自然現(xiàn)象，它控制著各種生命活動中的能量轉(zhuǎn)移，流動電壓以生物電的形式廣泛存在于生命活動的組織液體中。例如，由于內(nèi)部和外部離子的濃度不同，跨膜電位存在于細胞膜中；當樹液在樹干中從底部向頂部輸送時，就會產(chǎn)生流動勢。因此，如何利用生命活動中水蒸發(fā)現(xiàn)象進而實現(xiàn)電能的產(chǎn)生和收集仍然具有一定的挑戰(zhàn)。
受植物蒸騰過程中產(chǎn)生生物電的啟發(fā)，中山大學周劍副教授團隊開發(fā)了一種具有大比表面積和分層多孔結(jié)構(gòu)的纖維素木材用于蒸汽驅(qū)動發(fā)電裝置。通過去除木質(zhì)素和半纖維素釋放木材細胞壁中的孔道，設(shè)計了纖維素木材作為高效捕獲和傳輸水和蒸汽的堅固載體。更進一步，通過導電聚合物聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT/PSS）增強電離和電荷傳輸能力，實現(xiàn)定向蒸汽驅(qū)動發(fā)電。文章以“Construction of hierarchical and porous cellulosic wood with high mechanical strength towards directional Evaporation-driven electrical generation”為題，在線發(fā)表于在期刊《Chemical Engineering Journal》。
圖1. 纖維素木材濕氣發(fā)電的制備方法和策略
團隊成員探究了該發(fā)電裝置在不同鹽溶液中的發(fā)電情況，水溶液中較高濃度的離子和較高的溫差可以促進質(zhì)子運動和水蒸發(fā)速率，以增加電壓產(chǎn)生。具有高度定向特征的纖維素木材的天然結(jié)構(gòu)可以表現(xiàn)出定向發(fā)電能力。本研究為定制木質(zhì)材料以應(yīng)用于發(fā)電提供了一種可行的策略，這可以很容易地從水熱蒸發(fā)能量中收集電力。
原文鏈接：Wang, C., Tang, S., Li, B., Fan, J., & Zhou, J. Construction of Hierarchical and Porous Cellulosic Wood with High Mechanical Strength towards Directional Evaporation-driven Electrical Generation. Chemical Engineering Journal, 2022, 140568.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140568
中山大學材料科學與工程學院周劍團隊介紹
研究方向：先進電子與纖維材料
研究興趣：有機/無機半導體的合成制備及應(yīng)用研究；先進纖維及織物電子的設(shè)計與應(yīng)用研究；植物資源固廢轉(zhuǎn)化與應(yīng)用研究；氣凝膠新型制造方法及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究；柔性電子技術(shù)與健康醫(yī)療
團隊現(xiàn)有特聘副研究員1名，博士后3名，碩士5名。團隊擁有完善的材料合成與表征實驗室、材料加工與器件等實驗室，中山大學東校園化學與材料綜合樓中團隊科研場地面積超120平方米，F(xiàn)已配置微型高分子合成反應(yīng)釜，導電高分子液相和氣相合成裝置、冷凍干燥機、超臨界干燥設(shè)備、真空手套箱、勻膠機、多通道溫度采集系統(tǒng)、四探針表面方阻儀、新型離心紡絲機、小型及中試濕法紡絲機、納米纖維素提取分離系統(tǒng)、激光雕刻切割機、真空管式爐、萬能拉力機等實驗設(shè)備與儀器。
團隊與國內(nèi)外多個課題組，包括美國加州大學戴維斯分校，加拿大英屬哥倫比亞大學（UBC），澳大利亞迪肯大學、沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）、中科大、四川大學等建立了密切合作關(guān)系，在國際交流中形成了良好的學術(shù)生態(tài)環(huán)境。
課題組長期招聘具有材料、化學、物理、機械、電子等背景的本科生、碩士、博士后、特聘副研究員、特聘研究員和國內(nèi)外訪問學者來進行學習與研究，F(xiàn)有新型有機/無機半導體的合成制備、植物資源固廢轉(zhuǎn)化與應(yīng)用、高性能纖維與氣凝膠材料, 鋰電池軟包鋁塑膜等方向的博士后需求。
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