我国科学家最新研究成果

    中国科学院院士、南京航空航天大学教授郭万林在日前举行的首届丝绸之路二维材料科学与技术国际会议上透露，他的团队及合作者在碳材料研究上取得新突破，并首次提出“水伏效应”概念。

    在接受本报记者采访时，郭万林介绍了相关信息：“在碳材料表面，水的自然蒸发能够产生电能。实验发现，2平方厘米微米级的薄膜，会产生1伏的电压。只要水不干、蒸发产生着，就能一直持续发电。在常温条件下，借助碳黑片层材料，利用水蒸发可以产生1伏特的持续电压。”

    “把石墨烯放在手机屏幕上，水滴在上面一滚，就能生电。水滴滚得越快，电压就越大，石墨烯能感知水滴滚动的速度。更神奇的是，在玻璃上放一层碳材料，把手机一头插在水里，水慢慢渗上来后会蒸发，这样也能发电。”郭万林说。

    该团队的研究还发现，在大气环境中，水从廉价的碳黑薄膜表面自然蒸发，会直接引起碳黑薄膜中持续稳定的伏级的电势；在室温环境下，水在几平方厘米的碳黑微米薄膜上的自然蒸发，可直接驱动液晶显示器等电子器件。

    郭万林现任南航纳米科学研究所所长、纳智能材料器件教育部重点实验室主任、机械结构力学及控制国家重点实验室副主任，研究成果获得2012年国家自然科学二等奖和2011年教育部自然科学一等奖（均为第一完成人）。

    据了解，这一与华中科技大学周军教授课题组合作的研究成果，已发表在国际顶级刊物《自然·纳米技术》，同时还获中国发明专利。

    据介绍，大气中水的蒸发无处不在。这是一个吸热过程，不用机械做任何功，仅靠水的蒸发，就能吸收空气中的热量，并把它转化成电能。在这一依靠自然蒸发生电的过程中，没有任何不利的副产品，就可以使周围空气的温度下降，同时也产生了对人类有益的蒸馏水。

    该团队在石英片上制备厘米尺寸的炭黑膜，进行亲水处理后，半浸入盛水烧杯中，常温常压条件下水自然蒸发，炭黑膜的两端产生约1伏电压并能长时间地保持。实验表明，在同样处理过的碳黑材料和碳纳米管薄膜中，都存在水蒸发生电现象，在乙醇碳黑薄膜中，蒸发引起的电压高达2伏。将4片碳黑薄膜器件串联产生近5伏电压，并联产生近0.4微安电流。

    此外，该团队还设计制备了一组多电极碳黑器件，揭示了蒸发以及蒸发引起的水在碳黑薄膜中的流动是导致电压的根源。发现含功能团碳黑石墨烯片更亲水，并因水的吸附、离开产生显著的电子密度变化，敏感程度是完美石墨烯片层的上千倍。

    “目前电流还太小，如果能进一步突破，让电流大起来，就能给手机、电脑充电等。”郭万林对记者说，碳材料是继硅材料后科学家探索最多、研究最多的一种材料。石墨烯是一种特别的纳米材料，是人类研究最充分的材料之一，当今的科学家都在探索它的颠覆性应用。“对于碳、二维材料和新的材料，应当研究它下一代的用途。这样的话，二维材料的时代才能真正到来。”郭万林说。

（文章来源：《解放日报》2018年6月4日第3版）

荐稿人：lry  2018-06-04    执行编辑：lyh  2018-06-04   责任编辑：zjy  2018-06-04

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