可持續和環保來源的電能已經被廣泛研究和獲取，如風能、太陽能、水力、生物質和其他非化石燃料。在傳統的水力發電中，利用渦輪機將水的勢能轉換為機械能進行發電，往往需要特殊的地形和復雜的基礎設施。水蒸發是一種常見的自然現象，它控制著各種生命活動中的能量轉移，流動電壓以生物電的形式廣泛存在于生命活動的組織液體中。例如，由于內部和外部離子的濃度不同，跨膜電位存在于細胞膜中；當樹液在樹干中從底部向頂部輸送時，就會產生流動勢。因此，如何利用生命活動中水蒸發現象進而實現電能的產生和收集仍然具有一定的挑戰。
受植物蒸騰過程中產生生物電的啟發，中山大學周劍副教授團隊開發了一種具有大比表面積和分層多孔結構的纖維素木材用于蒸汽驅動發電裝置。通過去除木質素和半纖維素釋放木材細胞壁中的孔道，設計了纖維素木材作為高效捕獲和傳輸水和蒸汽的堅固載體。更進一步，通過導電聚合物聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT/PSS）增強電離和電荷傳輸能力，實現定向蒸汽驅動發電。文章以“Construction of hierarchical and porous cellulosic wood with high mechanical strength towards directional Evaporation-driven electrical generation”為題，在線發表于在期刊《Chemical Engineering Journal》。
圖1. 纖維素木材濕氣發電的制備方法和策略
團隊成員探究了該發電裝置在不同鹽溶液中的發電情況，水溶液中較高濃度的離子和較高的溫差可以促進質子運動和水蒸發速率，以增加電壓產生。具有高度定向特征的纖維素木材的天然結構可以表現出定向發電能力。本研究為定制木質材料以應用于發電提供了一種可行的策略，這可以很容易地從水熱蒸發能量中收集電力。
原文鏈接：Wang, C., Tang, S., Li, B., Fan, J., & Zhou, J. Construction of Hierarchical and Porous Cellulosic Wood with High Mechanical Strength towards Directional Evaporation-driven Electrical Generation. Chemical Engineering Journal, 2022, 140568.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140568
中山大學材料科學與工程學院周劍團隊介紹
研究方向：先進電子與纖維材料
研究興趣：有機/無機半導體的合成制備及應用研究；先進纖維及織物電子的設計與應用研究；植物資源固廢轉化與應用研究；氣凝膠新型制造方法及產業化應用研究；柔性電子技術與健康醫療
團隊現有特聘副研究員1名，博士后3名，碩士5名。團隊擁有完善的材料合成與表征實驗室、材料加工與器件等實驗室，中山大學東校園化學與材料綜合樓中團隊科研場地面積超120平方米。現已配置微型高分子合成反應釜，導電高分子液相和氣相合成裝置、冷凍干燥機、超臨界干燥設備、真空手套箱、勻膠機、多通道溫度采集系統、四探針表面方阻儀、新型離心紡絲機、小型及中試濕法紡絲機、納米纖維素提取分離系統、激光雕刻切割機、真空管式爐、萬能拉力機等實驗設備與儀器。
團隊與國內外多個課題組，包括美國加州大學戴維斯分校，加拿大英屬哥倫比亞大學（UBC），澳大利亞迪肯大學、沙特阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）、中科大、四川大學等建立了密切合作關系，在國際交流中形成了良好的學術生態環境。
課題組長期招聘具有材料、化學、物理、機械、電子等背景的本科生、碩士、博士后、特聘副研究員、特聘研究員和國內外訪問學者來進行學習與研究。現有新型有機/無機半導體的合成制備、植物資源固廢轉化與應用、高性能纖維與氣凝膠材料, 鋰電池軟包鋁塑膜等方向的博士后需求。
課題組主頁：
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聯系方式
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