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加快打造原始創(chuàng)新策源地,，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點(diǎn),，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場,、面向國家重大需求,、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,，率先建成國家創(chuàng)新人才高地,，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu),。

——中國科學(xué)院辦院方針

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科學(xué)家發(fā)展出基于固液界面動態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電新途徑

2025-01-06 青島生物能源與過程研究所

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隨著微小型、可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增,，在周圍環(huán)境中收集能量進(jìn)而為低功耗電子產(chǎn)品供能并發(fā)展自供能技術(shù),，成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)電磁發(fā)電需要復(fù)雜的設(shè)備,，同時,，基于固固界面的摩擦產(chǎn)電在長期摩擦過程中存在材料磨損問題,。有研究發(fā)現(xiàn)，基于固液界面動態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電有望解決上述問題,。但是,，動態(tài)雙電層產(chǎn)電機(jī)理尚不明確，產(chǎn)電性能有待進(jìn)一步提升,。

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團(tuán)隊(duì)利用離子液體部分溶解和融合纖維素納米纖維（CNFs）,，制備了具有高壓縮回彈性和高離子導(dǎo)電能力的CNFs多孔離子凝膠。研究發(fā)現(xiàn),，通過離子液體摻量調(diào)控鎵銦合金液態(tài)金屬與離子凝膠的界面潤濕性,，使鎵銦合金液態(tài)金屬在外部機(jī)械力作用下，可以進(jìn)入離子凝膠內(nèi)部孔道,；撤銷外部作用力后,，鎵銦合金液態(tài)金屬可以依靠內(nèi)凝聚力撤離凝膠孔道，恢復(fù)原有形態(tài),。同時,，以鎵銦合金液態(tài)金屬為動態(tài)電極，固態(tài)金屬鉑為固定電極,，受力過程中鎵銦合金液態(tài)金屬與多孔離子凝膠雙電層發(fā)生變化,，引起電荷移動而產(chǎn)電。進(jìn)一步,，研究表明,，鎵銦合金液態(tài)金屬動態(tài)電極與鉑固定電極表面的雙電層在時空上的非對稱性是產(chǎn)電的關(guān)鍵。研究顯示,，通過優(yōu)化條件,，產(chǎn)電電流達(dá)25 μA cm^–2，功率達(dá)4 mW cm^–2,，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)36%,。

這一研究為構(gòu)筑高壓縮回彈的導(dǎo)電離子凝膠提供了策略，有望應(yīng)用于環(huán)境能量收集和無源傳感研究領(lǐng)域,。

近期,，相關(guān)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)基金委員會和中國科學(xué)院等的支持,。

論文鏈接

基于液態(tài)金屬與多孔離子凝膠動態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電機(jī)制及功能示意圖

隨著微小型,、可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展以及低能耗分布式傳感器需求與日俱增，在周圍環(huán)境中收集能量進(jìn)而為低功耗電子產(chǎn)品供能并發(fā)展自供能技術(shù),，成為研究熱點(diǎn),。傳統(tǒng)電磁發(fā)電需要復(fù)雜的設(shè)備，同時,，基于固固界面的摩擦產(chǎn)電在長期摩擦過程中存在材料磨損問題,。有研究發(fā)現(xiàn),，基于固液界面動態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電有望解決上述問題。但是,，動態(tài)雙電層產(chǎn)電機(jī)理尚不明確,，產(chǎn)電性能有待進(jìn)一步提升,。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員李朝旭團(tuán)隊(duì)利用離子液體部分溶解和融合纖維素納米纖維（CNFs）,，制備了具有高壓縮回彈性和高離子導(dǎo)電能力的CNFs多孔離子凝膠。研究發(fā)現(xiàn),，通過離子液體摻量調(diào)控鎵銦合金液態(tài)金屬與離子凝膠的界面潤濕性,，使鎵銦合金液態(tài)金屬在外部機(jī)械力作用下，可以進(jìn)入離子凝膠內(nèi)部孔道,；撤銷外部作用力后,，鎵銦合金液態(tài)金屬可以依靠內(nèi)凝聚力撤離凝膠孔道，恢復(fù)原有形態(tài),。同時,，以鎵銦合金液態(tài)金屬為動態(tài)電極，固態(tài)金屬鉑為固定電極,，受力過程中鎵銦合金液態(tài)金屬與多孔離子凝膠雙電層發(fā)生變化,，引起電荷移動而產(chǎn)電。進(jìn)一步,，研究表明,，鎵銦合金液態(tài)金屬動態(tài)電極與鉑固定電極表面的雙電層在時空上的非對稱性是產(chǎn)電的關(guān)鍵。研究顯示,，通過優(yōu)化條件,，產(chǎn)電電流達(dá)25 μA cm–2，功率達(dá)4 mW cm–2,，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)36%,。這一研究為構(gòu)筑高壓縮回彈的導(dǎo)電離子凝膠提供了策略，有望應(yīng)用于環(huán)境能量收集和無源傳感研究領(lǐng)域,。近期,，相關(guān)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)基金委員會和中國科學(xué)院等的支持,。論文鏈接基于液態(tài)金屬與多孔離子凝膠動態(tài)雙電層的機(jī)械能產(chǎn)電機(jī)制及功能示意圖

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