基于液-固接触界面设计构筑大功率水相摩擦发电机

批准号:
51903108
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
孙亚娟
依托单位:
学科分类:
E0302.高分子材料物理
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
摩擦起电可以将环境中低品质,耗散性能源转化为电能,目前,基于摩擦起电现象设计的摩擦发电机在能源、传感等领域具有重要的研究意义。由于摩擦起电的电荷生成量小、输出电流低,大功率输出电能还存在一定技术挑战。本课题针对摩擦发电机的输出功率问题,以水为研究对象,采用实验研究和理论分析相结合的研究方法,围绕摩擦起电过程中电荷生成分离规律及增强策略和摩擦起电的微观机制等关键科学问题展开研究。结合固相表面化学改性和纳米结构优化,强化水相流动模式,最终制备具有大功率输出的水相摩擦发电机,并提出液-固摩擦起电过程中电荷分离生成的微观机制。本项目研究成果可为基于液-固接触界面设计的摩擦发电机的输出功率问题提供普适方法及科学指导,具有较高的应用价值和理论意义。
英文摘要
Triboelectric generators could collect energy from environmental (e.g., rain, wind, human motion), which are useful in a wide variety of applications, including portable electronics, self-powered active sensor. However, the charge generated and the current output are quite low, triboelectric generator with high power output still have challenge. This study describes a method that harvests energy of water with a high power output by optimizing the solid surface and the pattern of water flow. The relationship between physicochemical property of surface and charge of water is found, the effect of nanostructures of solid surface on the charging process is discussed. Besides enhancing the power output, the fundamental mechanisms of charge separation at the liquid-solid interface is proposed. In general, this study provide a universal method for high power output and the fundamental mechanism for charge generation, which have important theoretical significance and application potential.
摩擦起电可以将环境中低品质,耗散性能源转化为电能,目前,基于摩擦起电现象设计的摩擦发电机在能源、传感等领域具有重要的研究意义。由于摩擦起电的电荷生成量小、输出电流低,大功率输出电能还存在一定技术挑战。本课题针对摩擦发电机的输出功率问题,以水为研究对象,采用了实验研究和理论分析相结合的研究方法,围绕摩擦起电过程中电荷生成分离规律及增强策略和摩擦起电的微观机制等关键科学问题展开研究。通过调节固相表面的物化性质,有效地调控了摩擦起电的电荷生成行为;通过对固相表面纳米结构化处理,电荷生成量提高了2.3倍;通过强化水相的流动方式,水相摩擦发电机的输出效率提高到了4.03%。最终结合优化的实验装置,在最优条件下,水相摩擦发电机的输出效率提升到了10.4%。在机理探索方面,设计了一系列实验,发现了液-固摩擦起电过程中电荷分离生成的一些规律:液体在与固相接触后,收集的液体的电荷均为正。结合液-固摩擦起电过程中电荷分离生成的规律,提出了电荷分离生成的微观机制:固相表面有一层水膜,当液体与固相表面接触时,将水膜中的氢离子带走,把氢氧根离子留在了固相表面,所以固相表面在接触后带负电荷,而液体始终带正电荷,并使用各种表征方法对收集的带正电液体进行了分析检测,部分验证了我们推测。本项目研究成果可为基于液-固接触界面设计的摩擦发电机的输出功率问题提供普适方法及科学指导,具有较高的应用价值和理论意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Montmorillonite and alginate co-stabilized biocompatible Pickering emulsions with multiple-stimulus tunable rheology
蒙脱石和海藻酸盐共稳定的生物相容性皮克林乳液,具有多重刺激可调流变性
DOI:10.1016/j.jcis.2019.11.081
发表时间:2020-03-07
期刊:JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
影响因子:9.9
作者:Wang, Jing;Deng, Hanyue;Yang, Cheng
通讯作者:Yang, Cheng
Facile preparation of zein nanoparticles with tunable surface hydrophobicity and excellent colloidal stability
轻松制备具有可调表面疏水性和优异胶体稳定性的玉米醇溶蛋白纳米颗粒
DOI:10.1016/j.colsurfa.2020.124554
发表时间:2020
期刊:COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS
影响因子:5.2
作者:Wang D;i;Tao Shengnan;Yin Shou-Wei;Sun Yajuan;Li Yunxing
通讯作者:Li Yunxing
Pickering high internal phase emulsions with excellent UV protection property stabilized by Spirulina protein isolate nanoparticles
Pickering 高内相乳液,具有优异的紫外线防护性能,由螺旋藻蛋白分离纳米颗粒稳定
DOI:10.1016/j.foodhyd.2022.108369
发表时间:2022-12-06
期刊:FOOD HYDROCOLLOIDS
影响因子:10.7
作者:Ding, Jingjing;Li, Yunxing;Sun, Yajuan
通讯作者:Sun, Yajuan
Emulsions stabilized by highly hydrophilic TiO2 nanoparticles via van der Waals attraction
高亲水性 TiO2 纳米颗粒通过范德华引力稳定乳液
DOI:10.1016/j.jcis.2021.01.011
发表时间:2021
期刊:Journal of Colloid and Interface Science
影响因子:9.9
作者:Jing Wang;Yajuan Sun;Mingying Yu;Xihua Lu;Sridhar Komarneni;Cheng Yang
通讯作者:Cheng Yang
High ethanol tolerance of oil-in-water Pickering emulsions stabilized by protein nanoparticles
蛋白质纳米粒子稳定的水包油皮克林乳液的高乙醇耐受性
DOI:10.1016/j.colsurfa.2021.127777
发表时间:2021-10
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
影响因子:--
作者:Yajuan Sun;Yongqiang Shen;Jingjing Ding;Xinjiong Ni;Chen Li;Jing Wang;Cheng Yang
通讯作者:Cheng Yang
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