猫和老鼠

扫一扫关注微信二维码 刘德华
植物大战僵尸 科研进展 苏州纳米所张珽(ting)研究团队在基于(yu)可...
科研(yan)进(jin)展(zhan)

苏州纳米所张珽研究团队在基于可持续柔性水伏发电机的自供能可穿戴传感系统研究取得新进展

发布日期:2019-04-01 浏览次数: 【关闭】

  近十年来,随着智能柔性可穿戴设备在医疗健康监护、人机融合、人工智能等领域的广泛应用,柔性电子技术向智能化、集成化、多功能化的方向快速发展。尽管柔性电子器件在降低功耗方面取得了重要进展,但能源的供给和消耗依然是柔性电子发展最关键的限制因素,研究开发基于新型能源高效采集的自主式供电柔性传感器成为柔性智能电子的重要研究方向。

  众所(suo)周知,地球(qiu)表面70%以上都(dou)被天(tian)然水体覆盖,是含量最丰富的(de)资源之一。无论地理位(wei)置或(huo)环(huan)境条(tiao)件如何改变(bian),天(tian)然水都(dou)可以通过吸收热(re)能(neng)(neng)而自发地流 动和(he)蒸发。通过纳米结构(gou)与水的(de)流动、波(bo)动、滴落和(he)蒸发直接相(xiang)互作用(yong)来发电(dian)的(de)能(neng)(neng)量转换(huan)效应,被称为(wei)水伏(fu)效应(hydrovoltaic effect),这种效应为(wei)解决柔性传感系统的(de)能(neng)(neng)源可持(chi)续供(gong)给提供(gong)了新的(de)思路。然而,如何在变(bian)形条(tiao)件下实(shi)现稳定发电(dian)和(he)高(gao)输(shu)出功(gong)率,并实(shi)现轻(qing)量化、柔性化可穿戴传感微(wei)系统依然面临很(hen)多挑战。
  针对上述挑战,中科院苏州纳米所的张珽研究团队通过水源形态以及器件结构设计,制备了一种具有优秀的便携性、柔性和稳定性的水伏发电机,并作为柔性电子器件能源供给平台构建了柔性可穿戴自供能传感系统。通过采用聚乙烯醇(PVA)将功能化碳纳米颗粒(FCB)绑定到三维海绵骨架 (3DS)上,并进一步将得到的PVA@FCB@3DS薄膜与固体高吸水性水凝胶共组装,构建了HPG。基于构建的PVA@FCB@3DS薄膜上的具有交叠双电层(EDL)纳米通道,HPG可以利用水的自发蒸发将周围的热量连续转换为电能,而无需任何外部能量供应,其Voc和Isc分别达到0.658 V和63 μA。此外,柔性HPG可以在较大范围的弯曲应变的状态下,保持稳定的产电性能。该便柔性携式水蒸发驱动的HPG突破了之前水伏发电机固定水槽的束缚,可以作为柔性可穿戴电子设备的柔性电源平台用于器件的能量供给,推动了水伏发电技术的器件形式和应用领域的进步。

(a)水伏(fu)发电(dian)(dian)(dian)机(ji)的(de)(de)结(jie)构示意(yi)图。(b)超吸(xi)收(shou)性水凝胶吸(xi)水状态(tai)的(de)(de)典(dian)型光(guang)学(xue)照片;(c)FCBs的(de)(de)高(gao)分辨率O1s X射线光(guang)电(dian)(dian)(dian)子能(neng)谱(pu)(XPS)光(guang)谱(pu);(d)PVA@FCB的(de)(de)典(dian)型HR-TEM图像;(e)PVA@FCB@3DS膜(mo)(mo)的(de)(de)扫(sao)描(miao)电(dian)(dian)(dian)子显微镜(SEM)图像;(f)PVA@FCB层的(de)(de)高(gao)分辨率SEM图像;(g)PVA@FCB@3DS膜(mo)(mo)的(de)(de)横(heng)截面(mian)SEM图像;(h)揉搓FCB@3DS薄膜(mo)(mo)和PVA@FCB@3DS薄膜(mo)(mo)过程及(ji)之(zhi)后(hou)的(de)(de)典(dian)型光(guang)学(xue)照片。

a)器件(jian)的(de)(de)VOC随(sui)(sui)环(huan)境(jing)温度(du)(du)变(bian)(bian)化曲线(xian);(b)在(zai)~19.8 oC和~55%RH环(huan)境(jing)条件(jian)下,VOC随(sui)(sui)气流(liu)速(su)度(du)(du)的(de)(de)变(bian)(bian)化关系;(c)在(zai)25.0 oC的(de)(de)稳定环(huan)境(jing)温度(du)(du)下,VOC随(sui)(sui)环(huan)境(jing)湿度(du)(du)的(de)(de)变(bian)(bian)化;(d)输出性能(neng)测试系统的(de)(de)电路(lu)图;(e)发电机输出性能(neng)随(sui)(sui)外部(bu)负(fu)载电阻的(de)(de)变(bian)(bian)化;(f)HPG的(de)(de)输出功率随(sui)(sui)外部(bu)负(fu)载电阻变(bian)(bian)化。

(a)全固态(tai)水(shui)伏发电(dian)(dian)纳米发电(dian)(dian)机在不同弯曲(qu)(qu)状(zhuang)态(tai)下的(de)(de)实测Voc;(b-c)HPG在释放状(zhuang)态(tai)和60o弯曲(qu)(qu)状(zhuang)态(tai)下的(de)(de)Voc的(de)(de)照片(pian);(d)基于便携式水(shui)伏发电(dian)(dian)机的(de)(de)自(zi)供(gong)电(dian)(dian)柔性传感(gan)系(xi)统(tong)的(de)(de)照片(pian);(e)自(zi)供(gong)能传感(gan)系(xi)统(tong)的(de)(de)电(dian)(dian)流随系(xi)统(tong)弯曲(qu)(qu)角(jiao)度(du)变(bian)化(hua)曲(qu)(qu)线(xian);(f)自(zi)供(gong)能传感(gan)系(xi)统(tong)用于肘部监测的(de)(de)实时电(dian)(dian)流变(bian)化(hua)曲(qu)(qu)线(xian)。

  以上相关成果发表在Nano Energy上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104663)。论文第一作者是中科院苏州纳米所博士生李连辉,通讯作者为张珽研究员。



扫一扫关注我们
xml地图 | sitemap地图
我和我的家乡
分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
1921 逆天邪神 女子被父亲3次烧毁录取通知书钟南山凡尔赛发言 红旗 奥特曼 全职法师 七七事变84周年 斗破苍穹 海绵宝宝 红色娘子军 千古玦尘 奥迪 生化危机2重制版 非你莫属 爱上特种兵 丰田 镇魂街 今天也想见到你 中甲 千与千寻 海贼王 热爱就一起 桂纶镁 元 杨幂 奔跑吧 帝霸 郑州地铁12人遇难 事故原因公布 七剑 奔跑吧兄弟 乌女兵穿高跟鞋 杨倩摘得奥运首金 七一晚会 萌探探探案 大众 吴亦凡整容 爱上特种兵 沈腾 双世宠妃3非诚勿扰 魔兽世界怀旧服 台风烟花登陆浙江 天生一对绝地求生 冒险岛 宝马 天官赐福 逆天邪神 明星大侦探 红旗 王者荣耀 鞠婧祎 只是太爱你 让我好好看看你 我们的新时代 小花仙斗罗大陆 男篮直播 该忘了 | 下一页
Baidu
sogou
百度 搜狗 360