李朝旭研究员：开发液态金属基自振荡异质薄膜材料用于电磁感应湿环境能量收集

shanyu

随着电子设备的小型化和柔性可穿戴设备集成化发展，从周围环境中收集能量，为低功耗的可穿戴电子产品供能，已经吸引了研究人员广泛的关注。湖泊和海面自然蒸发以及植物蒸腾和呼吸作用，湿气在大气环境中无处不在。近几年，研究人员深入研究了从环境湿气中收集电能的纳米材料，如碳纳米材料、生物质纳米材料以及金属氧化物等，从而为柔性可穿戴电子设备提供持续能源。
　　青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心李朝旭研究员带领的高端材料制造组群研究组，针对二维材料MXene和液态金属（LM）微纳米液滴相容性差的问题，提出以天然多糖（海藻酸钠）作为表面活性剂，研究了LM和MXene之间的界面作用机制，解决了两者相容性问题，并构筑了MXene/LM微纳米液滴的包覆结构，实现了溶剂蒸发诱导LM微纳米液滴烧结。研究发现海藻酸盐分散的LM纳米液滴与MXene的混合水分散液，在蒸发中产生的毛细作用可以促使重力沉降于底层的LM纳米液滴融合烧结，进而构筑了MXene/LM异质膜。并发现该薄膜在湿度梯度下，具有自发的持续制动能力（驱动速度为260 °s-1，自振荡时间大于3×104 s），深入研究并揭示了薄膜两侧吸湿体积变化差异是在湿度梯度下自持续致动的内在机理。将其放置于强度为0.5 T的永磁体磁场中时，其自振荡机械能在外回路中产生高达1360μA m-2的交变电流。通过调控界面复合机制，构筑的高导电自振荡致动器在湿环境中收集能量并给微型电子器件供能，可广泛用于湿环境下的能量转化与收集。该技术有效克服了目前湿气发电过程难以持续的问题。不仅有利于推动自持续震荡薄膜等智能材料的发展，也有望推动生物高分子作为能量收集材料的研究与发展。相关成果发表于期刊Adv. Funct. Mater。
　　上述研究获得国家自然科学基金（Nos. 21474125, 22075307）、山东“泰山学者计划”、山东省自然科学基金（Nos. ZR2020ZD33，ZR2021YQ40, ZR2020KE025）、中科院青促会（No. 2022209）、中国科学院青岛生物能源/山东能源研究院科研创新基金（SEI I202143 & SEI I202131）等项目和计划的经费支持。(文/图 李明杰、车欣鹏)

　　图1. 湿气梯度驱动的自持续震荡薄膜材料制备、结构及湿环境能量收集功能示意图。

　　原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202307830.
　　Xinpeng Che, Ting Wang, Bailang Zhang, Zhuanzhuan Zhai, Yijun Chen, Danfeng Pei, Anle Ge, Mingjie Li* and Chaoxu Li*, Two-dimensionally nano-capsulating liquid metal for self-sintering and self-oscillating bimorph composites with persistent energy-harvest property, Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202307830
        文章来源：青岛能源所
      李朝旭，中科院青岛生物能源与过程研究所、中科院生物基材料重点实验室、中科院大学中丹学院研究员，博士生导师；1998年在河南大学获得学士学位，2001年在青岛科技大学获得硕士学位，2004年在中科院化学所获得博士；之后分别在浦项工业大学、弗里堡大学、苏黎世联邦理工学院从事研究工作；于2013年任教上海大学，2014到中科院青岛生物能源与过程研究所任研究员。先后入选中科院“百人计划”(2014)、中组部青年“##计划”（2015）、山东省青年“泰山学者”（2016）、山东省自然科学杰出青年基金(2016)。在Nat. Nanotechnol.、Adv. Mater.等刊物发表论文70多篇，引用1700多次，单篇引用最高200多次。多篇论文得到Nature与美国化学会亮点报道，部分成果获PCT专利授权和产业化应用。目前承担基金委、科技部、中科院、山东省、企业资助项目多项。