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aircraftvip

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[资源] 利用水蒸气发电的新材料—Langer实验室的最新工作

此贴的目的是分享Langer实验室最近的一个研究发现及Science原文，关于对水蒸气响应的高分子材料，欢迎感兴趣的虫友一起交流评价！

下文评述转自科学网

据《化学与工程新闻》（C&EN）周刊2013年1月14日出版的2013年第2期介绍，研究人员已经开发出在未来可以持续为小型电子设备充电的复合材料,它是通过潮湿（水蒸气）触发动作而产生电能的新型高分子材料。其实2013年1月10日，这条信息已经在C&EN网站公布。就科学研究而言，利用热、光、风和其他自然刺激，甚至是步行运动等产生电力一直是科学家的一个主要目标。现在,美国麻省理工学院（MIT）的科学家们已经研发出了一种可以利用环境中始终存在的物质——水蒸气来产生电能的新材料。这项研究成果已经在《科学》杂志网站公布(Science, DOI: 10.1126/science.1230262)。

由MIT的Robert S. Langer率领的研究团队开发出这种新材料。——马明明（Mingming Ma音译）博士后作为研究团队中的一员，他提到这种聚合物材料只需要少量水蒸气就可以发电，就是你皮肤表面的水分也足以使其发电。你可以把它放在你的手上它也照样工作。MIT的研究人员最初并没有想着手开发一种能量采集物质, 他们的目标是朝着一种坚强而且具有柔性的可以用于有机电极的聚合物。但是，当研究人员将其用于检查对于水的响应时,他们改变了自己的研究方向。这真是有心栽花花不红，无意插柳柳成林。这种高分子材料是一种复合材料，由刚性聚吡咯底质和柔软的多元醇硼酸酯凝胶组成。当材料吸收水分时,水分子破坏了聚吡咯和多元醇组分之间的氢键，导致其发生膨胀。当将其安置在一个水蒸气渐变的环境之中，就像放置在一个潮湿表面上一样，那么该材料吸收水分发生膨胀的特性就会派上用场:一个30-μm厚的复合板迅速卷起来,然后翻转并不断地重复这样运动，仿佛是在执行一个体操常规运动一样。当复合板卷曲翻转时,它通过暴露在环境空气中的侧面来排出水分子，而同时通过其与潮湿表面的接触面再吸收水分，就像运动员在垫子上反复作仰卧起坐一样，躺下时利用背部从垫子中吸收水分，起来时将通过背部向外挤出水分，吸收水分获得卷曲的电能，挤出水分后再无力平躺于潮湿表面继续吸收水分，为再次卷曲养精蓄锐，周而复始，永无休止。这种新型复合材料是由聚吡咯(蓝色部分)和多元醇硼酸酯(红色部分)组合而成（见图示），当其吸收水蒸气时它就会卷曲，卷曲之后从潮湿的表面在驱逐出水蒸气。

一块6×3cm的这种材料，吸收水分后平均可以产生大约5.6 nW电能。这个数量级的功率密度还不足手机电池产生的功率密度。韩国首尔国立大学（Seoul National University）的工程师Hyoki Kim和Sunghoon Kwon就《科学》杂志发表的这项研究成果发表了不同的意见，他们认为这微不足道的功率输出可能会使这些材料的有用性受到限制，为了提高输出功率，也可以采用多个设备重叠使用或许更好。马明明博士表示赞同，并补充说他和麻省理工学院的研究小组现在也正在发展效率更高的压电材料,利用机械能使其发电，研究人员已经对这种新材料提交了专利申请。
A team of MIT scientists developed a thin film that changes shape when exposed to moisture and could be used as a sensor or energy source. From left to right are scientists Mingming Ma , Robert Langer, Liang Guo. Langer is holding the film.

[ Last edited by aircraftvip on 2013-1-17 at 21:47 ]

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