《我国科学家制备多孔纳米流体膜实现高性能渗透能量转换》

  • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者: husisi
  • 发布时间:2020-04-10
  • 淡水和海水之间的离子梯度被认为是一种很有前景的可再生能源,也被称为蓝色渗透能或盐度梯度能。目前,膜基反电渗析技术是收集该能源的主要技术之一,其中使用的膜主要为离子交换膜,但是由于离子交换膜的离子传输效率相对较低,导致目前的反电渗析技术普遍存在渗透能转化效率低下的问题,阻碍了其在实际中的应用。

    近期,我国科学家在电鳗细胞膜具有高速离子通道的多孔结构启发下,将多孔结构材料与纳米流体相结合,研发了一种基于水凝胶的多孔纳米流体膜,可实现渗透能的高效转化。研究团队采用顺序叶片铸造法,制备了由一层功能聚电解质水凝胶膜和一层多孔芳纶纳米纤维支撑膜组成的有机非均相膜。该多孔纳米流体膜固有的静电、化学和结构上的不对称性,使得系统具有稳定的离子二极管效应,极大地促进了阳离子从纳米纤维层向水凝胶层的传输。此外,水凝胶层可以为离子扩散提供一个广泛充电的三维网络,从而可以大大提高界面传输效率,为实现盐度梯度发电提供了基础。将天然海水与河水混合时,利用该多孔纳米流体膜来发电,其功率输出高达约5.06Wm-2,证明了该多孔纳米流体膜在非均相渗透发电领域的巨大前景,为膜基反电渗析技术及蓝色渗透能的发展提供了新的思路与视角。

相关报告
  • 《世界首次 我科学家制备出单层石墨烯纳米带》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-03-28
    • 天津大学封伟教授团队通过含氟自由基切割单壁碳纳米管,在世界范围内首次制备出单层石墨烯纳米带,所申请的国际专利也于近日获得授权。这是中国科学家首次通过一步法获得单层石墨烯纳米带,其作为原电池正极材料能量密度较进口产品可提升30%。 氟化碳是目前世界上理论能量密度最高的原电池固态正极材料。封伟告诉记者,西方发达国家一直将高能量氟化碳制备视为核心技术,严禁技术输出和公开交流。“目前国内广泛使用的氟化碳材料主要依赖国外进口,严重制约了我国相关领域的科学研究和产业发展。” 不过,受自身结构限制,当前国际主流的氟化碳材料也有痛点——它难以实现“能量密度高”和“功率密度高”的兼顾。2008年,封伟团队率先提出开发具有独特结构的新型氟化碳材料,以实现能量密度和功率密度的“双高”。历经十余年攻关,团队颠覆了现有的基于石墨烯六元环结构的共价型氟碳结构,在国际上率先研制出兼具高电压和高容量的结构型氟化碳材料。经实验室实测,这一新材料能量密度达到2738Wh/kg,比国外同类产品高30%,达到国际领先水平。同时,它能在超大放电电流条件下稳定工作。据测算,其成本相比进口材料能大幅度降低。“这标志着我们突破了发达国家长达数十年的技术封锁。”封伟说。 目前,团队已经实现了新型氟化碳材料的稳定小批量生产。
  • 《我国制备出碳纳米管光电传感存储器件 实现光学图像传感与图像存储》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-03-19
    • 电荷耦合器件(CCD)与电荷存储器件(Memory)作为现代电子系统中两个独立分支分别沿着各自的路径发展,同时具备光电传感和存储功能的碳基原型器件尚未见报道。记者从中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉,该中心科研人员与国内多家单位合作,提出了一种基于铝纳米晶浮栅的碳纳米管非易失性存储器,这为可穿戴电子及特殊环境检测系统提供了新的器件设计方法。 图片说明:新型器件设计与结构示意图。(图片由受访单位提供) a)器件结构示意图;b)均匀离散分布的铝/氧化铝纳米晶点阵结构与c)碳纳米管薄膜沟道材料的扫描电镜图;d)沟道中电荷密度分布仿真;e)铝纳米晶表面形貌图;f)碳纳米管薄膜与浮栅层结构的截面透射电镜与元素分布图;g)存储窗口 近日,该成果在《先进材料》线上发表了题为“柔性碳纳米管传感-存储器件”的研究论文。据悉,新型器件具有高的电流开关比、长达10年的存储时间以及稳定的读写操作,多个分立的铝纳米晶浮栅器件具有稳定的柔性使役性能。更重要的是,电荷在氧化生成的AlOx层中的隧穿机制由福勒-诺德海姆隧穿变成直接隧穿,从而实现光电信号的传感与检测;基于理论计算分析与实验优化设计,制备出32×32像素的非易失性柔性紫外光面阵器件,首次实现了光学图像的传感与图像存储,为新型柔性光检测与存储器件的研制奠定了基础。 据介绍,科研人员采用半导体性碳纳米管薄膜为沟道材料,利用均匀离散分布的铝纳米晶/氧化铝一体化结构作为浮栅层与隧穿层,获得高性能柔性碳纳米管浮栅存储器,实现在0.4%弯曲应变下器件读写与擦除之间的电流开关比高于105,存储稳定性超过108 秒。同时,极薄的氧化铝隧穿层可使在擦除态“囚禁”于铝纳米晶浮栅中的载流子在获得高于铝功函数的光照能量时,通过直接隧穿方式重新返回沟道,使闭态电流获得显著提升,完成光电信号的直接转换与传输,实现集图像传感与信息存储于一体的新型多功能光电传感与存储系统。 该项研究由中国科学院金属所、中国科学院苏州纳米所、吉林大学科研人员共同合作完成,并得到了国家自然科学基金、中国科学院及中国科学院金属所、沈阳材料科学国家研究中心等项目资助。