近年來,蒸發(fā)誘導(dǎo)的水伏效應(yīng)(Evaporation-induced hydrovoltaic effect)為可持續(xù)能源開發(fā)及自供電離子傳感開辟了新方向,其核心機(jī)制在于水流驅(qū)動(dòng)的離子經(jīng)過具有交疊雙電層的納米通道發(fā)生選擇性遷移,進(jìn)而在通道頂端差異化積累產(chǎn)生與離子濃度相關(guān)的電壓信號(hào)。然而,固-液界面復(fù)雜參數(shù)對(duì)水伏傳感器件性能的影響機(jī)制尚缺乏系統(tǒng)研究,具體包括通道結(jié)構(gòu)影響的納米通道流動(dòng)阻力與離子選擇性間的平衡效應(yīng)問題;固-液界面動(dòng)態(tài)相互作用中,材料導(dǎo)電性差異和電極選擇等難以量化的因素,可能抑制或增強(qiáng)水伏性能,相關(guān)機(jī)制亟待揭示;此外,環(huán)境溫濕度和風(fēng)速、溶液特性等多因素耦合對(duì)水伏效應(yīng)的影響缺乏系統(tǒng)性研究模型。因此,深入研究這些核心問題對(duì)于推動(dòng)高性能水伏離子傳感的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。
針對(duì)上述問題,中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所張珽團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出多維納米通道調(diào)控策略構(gòu)建高性能柔性水伏離子傳感器件。通過浸涂-碳化工藝調(diào)控了納米通道的尺寸、材料導(dǎo)電性及表面特性,并系統(tǒng)揭示了固-液界面(包括結(jié)構(gòu)、材料電導(dǎo)率、表面性能及環(huán)境因素)設(shè)計(jì)與高性能水伏離子傳感器件之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律,并將其應(yīng)用于可穿戴汗液電解質(zhì)監(jiān)測(cè),為發(fā)展高性能水伏產(chǎn)能與離子傳感器件及應(yīng)用提供了理論與實(shí)踐支撐。相關(guān)工作以“Multidimensional Nanochannel Regulation for High-Performance Flexible Hydrovoltaic Sensing Devices”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所博士后王永峰為文章第一作者,李連輝副研究員和張珽研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金等基金的資助。
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