納米濕電發(fā)電機是一種新型的、必不可少的發(fā)電機，它基于電動效應(electrokinetic effect)，能夠從周圍廣泛分布的水分、汗水和雨水中收集可再生能源。然而，目前的纖維濕電納米發(fā)電機仍然受到間歇性的能量收集模式或有限的電力供應困擾。

　　近日，四川大學研究團隊借鑒植物的蒸騰過程，開發(fā)出了一種導電親水性纖維素/碳納米管纖維（RC/CNT），該纖維通過大分子鏈通道和自發(fā)蒸發(fā)可以驅動水流連續(xù)高效流動。結合電動機理，研究人員發(fā)現(xiàn)僅一根自供電纖維就能產(chǎn)生恒定且巨大的160.4mV開路電壓和高達0.4mW·cm-3的功率密度，比大多數(shù)傳統(tǒng)纖維濕電納米發(fā)電機高出一個數(shù)量級。最后，研究者將108根纖維串聯(lián)或并聯(lián)編織成柔軟的織物，發(fā)現(xiàn)只需充電10分鐘就能提供1.2V的最大電源，足以為一臺電子計算器供電。該成果以“Knittable Composite Fiber Allows Constant and Tremendous Self-Powering Based on the Transpiration-Driven Electrokinetic Effect”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。

RC/CNT纖維的制備

　　受植物蒸騰作用的啟發(fā)，研究人員采用了在一根親水纖維素/碳納米管纖維內獲得穩(wěn)定連續(xù)供水的概念，實現(xiàn)基于電動效應的連續(xù)發(fā)電。這種纖維是用LiOH/尿素/H2O混合的綠色溶劑通過連續(xù)濕法紡絲法制備的。它的溶解-凝固-再生系統(tǒng)是環(huán)保的，所涉及的加工程序已被證明能夠實現(xiàn)可擴展和連續(xù)生產(chǎn)。

RC/CNT纖維發(fā)電性能研究

　　研究人員設計了一種自制的自供電裝置，當NaCl溶液(0.2mL)滴在設備一側時，將纖維浸濕，迅速產(chǎn)生電流。單根纖維的直流電壓為55.8mV，電流為31.1nA，說明RC/CNT復合纖維可以自發(fā)發(fā)電。

CNT表面改性對發(fā)電效率的影響

　　為了提高表面電荷密度，研究人員提出了三種不同的表面改性方法來優(yōu)化RC/CNT纖維的發(fā)電性能。通過各種數(shù)據(jù)表明，足夠的接觸面積和CNTs與水分子的強相互作用，以及良好的輸水能力共同影響輸出電壓。最終，RC/酸化CNT纖維的輸出功率在四種不同的RC復合纖維中是最大的(27.6nW)。

纖維型濕電納米發(fā)電機的應用

　　纖維尺寸對發(fā)電量的影響是顯著的，研究人員在將其應用于可穿戴設備之前進行了研究�？紤]到發(fā)電效率，選擇暴露在空氣中的長度為10mm(即總長度為20mm)的纖維進行研究。此外，經(jīng)濕法紡絲制備的纖維在重復潤濕和蒸發(fā)過程時，輸出電壓有周期性的上升/下降，表明其輸出性能穩(wěn)定，重復性好。更重要的是，纖維的輸出性能可以通過輕松地連接更多纖維并聯(lián)而成比例地提高，為多種應用提供了卓越的發(fā)電能力。