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一、納米水伏發(fā)電材料電性能測試用數(shù)字源表簡介
1.項目背景
隨著全球能源需求日益增長同時對環(huán)境保護的重視，傳統(tǒng)化學能發(fā)電已逐漸不適應當代社會的復雜要求。同時能源的需求和應用領(lǐng)域也越發(fā)多樣化，基于這些現(xiàn)實需求，云南某大學的張博士為解決這些問題，他以新材料為切入點，重點關(guān)注新材料的發(fā)電研究：基于納米材料的水伏發(fā)電及其發(fā)電性能。希望以此為突破點，推動新能源發(fā)展以及促進能源多樣化供應。
2.項目痛難點
(1)研究納米材料種類多樣
(2)多種納米材料需要在同一測試條件下進行發(fā)電性能比對
(3)確定納米材料發(fā)電功率及發(fā)電條件
二、納米材料發(fā)電及納米材料水伏發(fā)電
1.納米材料發(fā)電種類
納米技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)走入人們的日常生活中，各種納米材料目前在世界范圍 內(nèi)得到了廣泛的應用。納米器件擁有尺寸小、功耗低、反應靈敏等特點，但納米器件的運行必須 有電池和集成電路的支持，目前無法達到意義上的小化。為解決這一問題，院士王中林教 授2006年S次提出納米發(fā)電機的理念，使納米發(fā)電機的研究成為微型能源研究領(lǐng)域的熱點， 進而開辟了納米材料發(fā)電這一新興的學科領(lǐng)域。納米材料發(fā)電目前有幾種技術(shù)路線：
(1)納米壓電發(fā)電
納米壓電電子學原理是利用原子力顯微鏡探針，壓迫氧化鋅納 米線產(chǎn)生彎曲，使鋅離子和氧離子產(chǎn)生了電勢能并形成電流。 在此基礎(chǔ)上，選用兼具壓電效應和半導體效應的氧化鋅，利用 納米線、納米薄膜等材料的結(jié)構(gòu)特性，成功發(fā)明了納米發(fā)電 機，實現(xiàn)了將周圍環(huán)境中的機械能轉(zhuǎn)化成電能的目標。另外， 利用超聲波等其他方式，也可為納米壓電材料提供機械能。
(2)納米熱釋電發(fā)電
利熱釋電(Pyroelectric)納米發(fā)電機是一種能量收集裝置，它能 夠利用納米結(jié)構(gòu)的熱釋電材料把外界的熱能轉(zhuǎn)換成電能。通 常，熱能的收集主要依靠器件兩端的溫差驅(qū)動載流子擴散的塞 貝克效應。
(3)納米靜電摩擦發(fā)電
利用日常生活中摩擦起電這種靜電現(xiàn)象，可產(chǎn)生足夠的能量。而采用納米技術(shù)來制造特定材質(zhì)的兩種摩擦表面，還可以使摩擦有效面積擴大，從而提供更強的摩擦并轉(zhuǎn)換出比壓電效應更
(4)納米水伏發(fā)電
通過納米結(jié)構(gòu)與水的流動、波動、滴落和蒸發(fā)直接相互作用來發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效應，被稱為水伏效
（hydrovoltaic effect），也稱納米水伏發(fā)電，這種效應為解決柔性傳感系統(tǒng)的能源可持續(xù)供給提供了新思路。
2.納米材料水伏發(fā)電
地球表面70％以上都被天然水體覆蓋，是含量Z豐富的資源之一。無論地理位置或環(huán)境條件如何改變，天然水都可以通過吸收熱能而自發(fā)地流動和蒸發(fā)。通過納米結(jié)構(gòu)與水的流動、波動、滴落和蒸發(fā)直接相互作用來發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換效應，被稱為水伏效應（hydrovoltaic effect），這種效應為解決柔性傳感系統(tǒng)的能源可持續(xù)供給提供了新思路。然而，如何在變形條件下實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電和高輸出功率，并實現(xiàn)輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統(tǒng)依然面臨很多挑戰(zhàn)。以上為水伏發(fā)電的幾個技術(shù)路徑：、
(1)水滴注入電荷納米發(fā)電
(2)水流機械通過納米材料
(3)水汽蒸騰納米發(fā)電
三、方案說明
1.測試要求
(1)實時測試多種納米材料在同一水條件下的發(fā)電情況
(2)不同納米材料的發(fā)電條件不同，并需要數(shù)據(jù)記錄
(3)IV曲線掃描
2.測試方案結(jié)構(gòu)
方案一、單通道納米水伏發(fā)電測試
方案二、多通道水伏發(fā)電納米材料分選
3.測試原理及指標
蒸騰驅(qū)動發(fā)電機：在含有炭黑涂層的不對稱濕棉布上，由毛細流動的水驅(qū)動進行發(fā)電，可產(chǎn)生 大電壓0.53 V, 電流3.91μA,能量密度1.14 mWh cm?3。由多個蒸騰驅(qū)動發(fā)電機組 裝產(chǎn) 生的能量，足以點亮一個20 mA×2.2 V的發(fā)光二極管，或為一個1 F容量的超級電容器充電。
上圖為不同液體對蒸騰納米驅(qū)動發(fā)電機的影響；
(A)各種類型和極性的液體對蒸騰納米發(fā)電機的VOC的影響
(B)不同陽離子大小的鹽溶液在不同條件下對TEPG的VOC的影響，
(C)不同pH值的鹽酸溶液下，測試出VOC的值，
(D)濕碳與干碳電位差及電流流向示意圖，
(E)濕/干界面擬流行為和電流產(chǎn)生的機理示意圖，
(F)蒸騰納米發(fā)電機的蒸發(fā)和吸附示意圖
4.掃描及圖示