1.項目背景

隨著全球能源需求日益增長同時對環境保護的重視，傳統化學能發電已逐漸不適應當代社會的復雜要求。同時能源的需求和應用領域也越發多樣化，基于這些現實需求，云南某大學的張博士為解決這些問題，他以新材料為切入點，重點關注新材料的發電研究：基于納米材料的水伏發電及其發電性能。希望以此為突破點，推動新能源發展以及促進能源多樣化供應。

2.項目痛難點

(1) 研究納米材料種類多樣；

(2) 多種納米材料需要在同一測試條件下進行發電性能比對；

(3) 確定納米材料發電功率及最佳發電條件；

二、納米材料發電及納米材料水伏發電

1.納米材料發電種類

納米技術經歷了幾十年的發展，現在已經走入人們的日常生活中，各種納米材料目前在世界范圍 內得到了廣泛的應用。納米器件擁有尺寸小、功耗低、反應靈敏等特點，但納米器件的運行必須 有電池和集成電路的支持，目前無法達到絕對意義上的最小化。為解決這一問題，院士王中林教 授2006年S次提出納米發電機的理念，使納米發電機的研究成為微型能源研究領域的熱點， 進而開辟了納米材料發電這一新興的學科領域。

納米材料發電目前有幾種技術路線：

(1) 納米壓電發電

納米壓電電子學原理是利用原子力顯微鏡探針，壓迫氧化鋅納 米線產生彎曲，使鋅離子和氧離子產生了電勢能并形成電流。 在此基礎上，選用兼具壓電效應和半導體效應的氧化鋅，利用 納米線、納米薄膜等材料的結構特性，成功發明了納米發電 機，實現了將周圍環境中的機械能轉化成電能的目標。另外， 利用超聲波等其他方式，也可為納米壓電材料提供機械能。

(2) 納米熱釋電發電

利熱釋電(Pyroelectric)納米發電機是一種能量收集裝置，它能 夠利用納米結構的熱釋電材料把外界的熱能轉換成電能。通常，熱能的收集主要依靠器件兩端的溫差驅動載流子擴散的塞 貝克效應。

(3) 納米靜電摩擦發電

利用日常生活中摩擦起電這種靜電現象，可產生足夠的能量。而采用納米技術來制造特定材質的兩種摩擦表面，還可以使摩擦有效面積擴大，從而提供更強的摩擦并轉換出比壓電效應更為可觀的電能。

(4) 納米水伏發電

通過納米結構與水的流動、波動、滴落和蒸發直接相互作用來發電的能量轉換效應，被稱為水伏效應（hydrovoltaic effect），也稱納米水伏發電，這種效應為解決柔性傳感系統的能源可持續供給提供了新思路。

2.納米材料水伏發電

地球表面70％以上都被天然水體覆蓋，是含量Z豐富的資源之一。無論地理位置或環境條件如何改變，天然水都可以通過吸收熱能而自發地流動和蒸發。通過納米結構與水的流動、波動、滴落和蒸發直接相互作用來發電的能量轉換效應，被稱為水伏效應（hydrovoltaic effect），這種效應為解決柔性傳感系統的能源可持續供給提供了新思路。

然而，如何在變形條件下實現穩定發電和高輸出功率，并實現輕量化、柔性化可穿戴傳感微系統依然面臨很多挑戰。以下為水伏發電的幾個技術路徑：

三、方案說明

1.測試要求

(1) 實時測試多種納米材料在同一水條件下的發電情況；

(2) 不同納米材料的發電條件不同，并需要數據記錄；

(3) IV曲線掃描；

2.測試方案結構

△方案一、單通道納米水伏發電測試

△方案二、多通道水伏發電納米材料分選

3.測試原理及指標

蒸騰驅動發電機：在含有炭黑涂層的不對稱濕棉布上，由毛細流動的水驅動進行發電，可產生最 大電壓0.53 V, 最大電流3.91μA,最大能量密度1.14 mWh cm?3。由多個蒸騰驅動發電機組 裝產 生的能量，足以點亮一個20 mA×2.2 V的發光二極管，或為一個1 F容量的超級電容器充電。

上圖為不同液體對蒸騰納米驅動發電機的影響

(A) 各種類型和極性的液體對蒸騰納米發電機的VOC的影響；

(B) 不同陽離子大小的鹽溶液在不同條件下對TEPG的VOC的影響；

(C) 不同pH值的鹽酸溶液下，測試出VOC的值；

(D) 濕碳與干碳電位差及電流流向示意圖；

(E) 濕/干界面擬流行為和電流產生的機理示意圖；

(F) 蒸騰納米發電機的蒸發和吸附示意圖；

4.掃描及圖示

△測試連接實物圖

(A) TEPG運行示意圖；

(B) (B)測量TEPG的VOC、ISC和電阻分布；

(C) (D) (E) (F)為不同情況下，測量VOC的分布情況；

5.選型依據

以量程及最小測量精度為標準，同時支持等效電阻測試。

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