• 搜索:  
    深大黃龍彪/西工大孔杰/香港理工郝建華《Nano Energy》: 環境耐受性自修復柔性摩擦納米發電機
    2021-01-15  來源:高分子科技

      近日,深圳大學黃龍彪、西北工業大學孔杰和香港理工大學郝建華課題組合作報道了一種具有環境耐受性的高性能柔性摩擦納米發電機,具有快速修復、抗凍不干、抗冰等優異性能,拓展了摩擦納米發電機在惡劣環境下的應用。(Nano Energy, 2021, 82,105724)


      摩擦納米發電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)可有效地將機械能轉換為電能或電信號。但在實際應用中,器件會面臨多種復雜環境,如不同溫度、表面積冰和外界機械沖擊,因此良好的耐環境性是摩擦納米發電機走向實際應用必不可少的要求。例如,溫度變化可能導致器件材料的機械性能降低,同時在低溫環境中空氣中的水分冷凝并可能在器件表面形成水或冰層。此外,TENG可能會遭受不同程度的機械沖擊,從而導致嚴重損壞器件和材料。目前,鮮有報道關于如何避免TENG器件在低溫下表面積冰,也很少有報道對以上幾點問題進行系統的研究并賦予TENG良好的耐環境性。


      通過文獻調研發現,在眾多制備TENG的材料中,凝膠材料具有優異機械性能、生物降解性和超強自修復能力,是制備高性能TENG的優良選擇。但水凝膠易受環境影響,所含有的水分子易蒸發和結晶化,進而而分別導致凝膠變干和凍結,嚴重限制了凝膠基TENG的工作溫度范圍,并縮短了器件的使用壽命。在此項研究中,作者將多重氫鍵引入凝膠體系中,采用溶劑置換法,制備了自修復、抗凍不干的聚丙烯酰胺-粘土(PAAM-Clay)有機凝膠,以用于電極材料(圖1-2)。


    圖1 PAAM-Clay有機凝膠與水凝膠在不同溫度下的性能


    圖2 PAAM-Clay有機凝膠與IU-PDMS的自修復性能


      將亞胺鍵和四重氫鍵引入含有PDMS鏈段的交聯網絡結構中,制備自修復和抗冰的摩擦層材料(IU-PDMS)。在動態鍵的作用下,IU-PDMS具有了優異的自修復性能(圖2)。由于大量低表面能Si元素的存在,以及材料良好的柔性及較光滑的表面形貌,IU-PDMS表現出良好的抗冰性能,可降低器件表面冰層的積聚(圖3)。


    圖3 IU-PDMS的抗冰性能


      通過將具有自修復和抗凍不干特性的PAAM-Clay有機凝膠與具有自修復和抗冰性能的IU-PDMS組裝,制備出具有三明治結構的OG-TENG器件。器件的開路電壓達到157 V,短路電流為16 μA,轉移電荷量為29 nC,最大輸出功率密度達到710 mW m-2,可以輕松點亮30個綠色LED,表現出優異的機械能轉化性能(圖4)。


    圖4 OG-TENG的結構、工作原理和輸出性能


      在低溫及高溫環境中,基于水凝膠的器件(HG-TENG)由于水結晶和蒸發,已無法正常工作。然而,基于有機凝膠的OG-TENG器件在-30至80 ℃的范圍內,依然表現出優異的輸出性能,同時保持了良好的自修復性能(圖5)。因此,OG-TENG器件可在較寬的溫度范圍內用于能量收集及自供能傳感器,并延長器件使用壽命,保證使用安全。


    圖5 基于有機水凝膠和水凝膠的TENG分別在不同溫度條件下的輸出性能


      以上工作以“Environment-resisted Flexible High Performance Triboelectric Nanogenerators Based on Ultrafast Self-healing Non-drying Conductive Organohydrogel”為題發表在Nano Energy(2021, 82, 105724)上。深圳大學黃龍彪研究員和西北工業大學博士生戴杏怡為共同第一作者,通訊作者為黃龍彪研究員、西北工業大學孔杰教授和香港理工大學郝建華教授。該工作得到了國家自然科學基金項目(51973119/21875190)、廣東省自然科學基金(2018A0303130060)、陜西省杰出青年科學基金(2018JC-008)、和PolyU PDFS(YW4N)的支持。


      論文連接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520312969


    黃龍彪研究員課題組博士后招聘及碩士研究生招生信息


    一、課題組信息

      深圳大學黃龍彪研究員長期從事聚合物材料的微納加工,并應用于光電與能源器件,目前以第一作者或共同作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等國內外核心期刊上發表論文50余篇,長期擔任Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials, Nano Energy、Small、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces等知名期刊審稿人。目前主持多項國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市科技創新委科研項目。


    二、研究方向

    (1)軟物質功能材料;

    (2)聚合物維納制造;

    (3)綠色能源技術。


    三、長期崗位招聘信息

    3.1 崗位:博士后;招聘名額:不限;工作內容:聘期為2年,專職從事科學研究。

    3.2 崗位:碩士研究生;招聘名額:3位/年,其中學位碩士1位,專業碩士2位。


    四、博士后應聘條件

    1. 國內外高校或研究機構博士畢業,獲得高分子化學/物理/材料,、材料科學、應用物理、應用化學、電子等相關專業博士學位,歡迎有企業工作經歷博士申請;

    2. 在相關或相近研究領域已取得一定的研究成果(至少第一作者發表2篇SCI論文);

    3. 具有良好的學術道德和嚴謹的科學態度及團隊協作精神,能夠獨立開展相關領域的前沿研究。


    五、聘期待遇

      享受深圳大學博士后待遇,享受深圳大學相關社保及公積金。獲聘的研究人員除了深圳大學的收入外,符合深圳市人才補助條件者可申請深圳市后備級人才,享有160萬元住房補貼;符合海外人才條件人員可申請深圳市孔雀人才計劃,享有160-200萬住房補貼。可以在聘期內以項目負責人身份以深圳大學為依托單位申報國家自然科學基金及各級科研基金項目。符合學校人事部門政策要求的優秀研究人員可申請轉為教師崗位。


    六、應聘者請提供以下材料

    1. 個人簡歷;

    2.學歷、學位證明復印件、以及代表性論文(一個PDF文件);

    3.其它能夠說明科研能力的材料;


    七、應聘程序

    1. 將應聘材料發到指定的郵箱;

    2. 符合要求的應聘者擇優面試,在面試期間,應聘人員可了解課題組的研究內容及進展;

    3. 面試結束后,經學校審批后再通知是否同意聘用。招聘方會對申請人遞交的應聘材料予以保密。


    八、聯系人

    聯系人:黃老師

    郵箱地址: huanglb@szu.edu.cn

    地址:廣東省深圳市南海大道3688號實驗樓228室

    版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
    (責任編輯:xu)
    】【打印】【關閉

    誠邀關注高分子科技

    更多>>最新資訊
    更多>>科教新聞
    在线aav片线 - 视频 - 在线观看 - 影视资讯 - 爱赏网