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中科院科学家基于可一连柔性水伏发电机的自供

前沿科技 | 中科院科学家基于可一连柔性水伏发电机的自供能可穿着传感系统研究获希望

2020-04-05 09:00 来历:中国高科技

原标题:前沿科技 | 中科院科学家基于可一连柔性水伏发电机的自供能可穿着传感系统研究获希望

近十年来,跟着智能柔性可穿着设备在医疗康健监护、人机融合、人工智能等规模的遍及应用,柔性电子技能 智能化、集成化、多成果化的偏向快速成长。尽量柔性电子器件在低落功耗方面取得了重要希望,但能源的供应和耗损依然是柔性电子成长最要害的限制因素,研究开拓基于新型能源高效收罗的自主式供电柔性传感器成为柔性智能电子的重要研究偏向。

众所周知,地球外貌70 %以上都被天然水体包围,是含量最富厚的资源之一。无论地理位置或情况条件如何改变,天然水都可以通过接收热能而自发地流动和蒸发。通过纳米布局与水的活动、颠簸、滴落和蒸发直接彼此浸染来发电的 能量转换效应,被称为水伏效应(hydrovoltaic effect ),这种效应为办理柔性传感系统 能源可一连供应提供 了新思路。然而,如安在变形条件下实现不变发电和高输出功率,并实现 轻量化、柔性化可穿着传感微系统依然面对许多挑战。

针对上述挑战,一定发,中国科学院科学家团队——苏州纳米技能与纳米仿生研究所张珽团队通过水源形态以及器件布局设计,制备了一种具有优秀的便携性、柔性和不变性的水伏发电机,并作为柔性电子器件能源供应平台构建了柔性可穿着自供能传感系统。通过回收聚乙烯醇(PVA )将成果化碳纳米颗粒(FCB)绑定到三维海绵骨架 (3DS)上,并进一步将获得的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可以操作水的自发蒸发将周围的热量持续转换为电能,而无需任何外部能量供给,其VocIsc别离到达0.658 V 和63 μA。另外,柔性HPG可以在较大范畴的弯曲应变的状态下,保持不变的产电机能。该便柔性携式水蒸发驱动的HPG打破了之前水伏发电机牢靠水槽的束缚,可以作为柔性可穿着电子设备的柔性电源平台用于器件的能量供应,敦促了水伏发电技能的器件形式和应用规模的进步。

以上相关成就颁发在Nano Energy上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104663 )。论文第一作者是苏州纳米所博士生李连辉,通讯作者为 研究员张珽。

中科院科学家基于可陆续柔性水伏发电机的自供

(a)水伏发电机的布局示意图。(b)超接收性水凝胶吸水状态的典范光学照片;(c)FCBs的高判别率O1s X射线光电子能谱(XPS)光谱;(d)PVA@FCB的典范HR-TEM图像;(e)PVA@FCB@3DS膜的扫描电子显微镜(SEM)图像;(f)PVA@FCB层的高判别率SEM图像;(g)PVA@FCB@3DS膜的横截面SEM图像;(h)揉搓FCB@3DS薄膜和PVA@FCB@3DS薄膜进程及之后的典范光学照片。

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中科院科学家基于可陆续柔性水伏发电机的自供

(a)器件的 V OC 随情况温度变革曲线;(b)在~19.8 o C和~55%RH情况条件下, V OC 随气流速度的变革干系;(c)在25.0 o C的不变情况温度下, V OC 随情况湿度的变革;(d)输出机能测试系统的电路图;(e)发电机输出机能随外部负载电阻的变革;(f)HPG的输出功率随外部负载电阻变革。

中科院科学家基于可陆续柔性水伏发电机的自供

(a)全固态水伏发电纳米发电机在差异弯曲状态下的实测V oc ;(b-c)HPG在释放状态和60o 弯曲状态下的V oc 的照片;(d)基于便携式水伏发电机的自供电柔性传感系统的照片;(e)自供能传感系统的电流随系统弯曲角度变革曲线;(f)自供能传感系统用于肘部监测的及时电流变革曲线。

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