发布时间:2024-08-26 20:31:07浏览数:
北京纳米能源与编造咨询所博士后（现为首都师范大学老师）梁茜放下心来。纵然最初唯有几微安的薄弱电流，但梁茜确信，以抛弃口罩为原料创造摩擦纳米发电机（TENG）的思绪可行。
两年前，中国科学院纳米能源所王中林院士、蒋涛青年咨询员团队发端抛弃口罩质料摩擦发电功能测试，通过高压脉冲杀菌和质料改性本领，他们用44个抛弃口罩，造备出完善的摩擦纳米发电机，正在海浪驱动下达成了18.22瓦每立方米的峰值功率密度，并告捷点亮LCD屏幕。
“咱们平昔正在做TENG相干咨询，时时测试分别质料，看哪种质料发电成效更好。”梁茜说，“我当时就念，口罩也是一种高分子质料，能不行把它用到摩擦纳米发电中来？”
脑袋中冒出云云念法时，梁茜对口罩的通晓并不多。为此她特地查了一下材料，呈现口罩的闭键质料是聚丙烯（PP）。但正在摩擦纳米发电机中，此前多以市售或合成咸集物，如聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚四氟乙烯等为主，很少涉及聚丙烯质料。
“由于聚丙烯的‘摩擦电负性’并欠好，但咱们仍旧念先测一下，看看这种质料终究怎么。”梁茜说。
于是咨询职员把口罩举行拆解分类，呈现个中闭键部件是3层聚丙烯纤维薄膜。摩擦纳米发电测试结果显示，3层薄膜都有电流输出。
进一步咨询呈现，抛弃口罩质料另有很多奇异的功能，如优异的疏水性，拥有较高的轮廓电阻和较大的轮廓积，通过摩擦极易发生大方静电荷。
“这些性情与TENG质料挑选礼貌不约而同。”梁茜说，“于是咱们决心深远咨询一下，看能不行举行质料改性优化。”
“用抛弃一次性医用口罩为原料创造摩擦纳米发电机，既有用地接管口罩质料，低浸处境污染，又达成了处境可再生能源的汇集。”中国科学院纳米能源所青年咨询员蒋涛告诉《中国科学报》。
“废料应用”的创意虽好，但口罩并非理念的发电质料，真正达成起来另有许多棘手题目。
口罩运用流程中会受到污染，有也许熏染病毒和口腔细菌。而造成的摩擦纳米发电机要投放正在大海中运用，要是杀灭病菌不彻底，后续也许会带来处境题目。
刚发端，咨询职员并未念好用什么形式杀菌。团队成员刘志荣博士主修生物本领，对生物质料和工具消毒灭菌极端熟练，她筑议尝尝用高电压杀菌。
“高压杀菌通过高压处境败坏微生物细胞机闭和效用，达成产物杀菌，正在液体食品（酒类、奶类等）杀菌方面的使用已极端成熟”刘志荣说。
“咱们自身就咨询纳米发电，操控起电来也轻而易举。”团队成员韩凯博士说，“更紧要的是，高压杀菌不接触口罩薄膜，不会影响薄膜轮廓状貌。而PP是种‘驻极体’质料，高压杀菌同时还能对它举行‘极化’，擢升它的摩擦起电功能。”
固然创造“脉冲高压”费了极少周折，但团队最终通过串联耐高压晶体管等办法，研造出6000伏脉冲高压的消杀装备，顺手完毕了杀菌做事。
摩擦纳米发电器件表壳哀求拥有肯定强度，应用口罩创造“板材”必要将口罩“支棱”起来。于是，咨询职员将十几层口罩叠放沿途，通过液压机冲压办法减少板材厚度和硬度。但对摩擦纳米发电机的中枢“介电层”来说，单层口罩薄膜的厚度却过厚。怎样将单层口罩薄膜变薄就成为一个新题目。
“单层口罩薄膜原来曾经很薄了，再将其‘撕’成两三层念起来容易，但操作起来成效并不睬念。”梁茜说。
这时，用液压机冲压“板材”的流程给梁茜新的开拓：要是将单层口罩薄膜放液压机下冲压，是不是就能将口罩薄膜“压成”理念的厚度。这个“反其道而行之”的形式竟然有用，试验结果讲明，冲压能低浸薄膜厚度，明显擢升摩擦纳米发电机的输出功能。
最终，团队用44个抛弃口罩创造出一台摩擦纳米发电机。该发电机为边长7厘米的立方体，内部并联64个发电单位，表形和魔方相仿。
目前，该咨询职员通过试验室的“造波装备”，正在海浪驱动下达成了18.22瓦每立方米的峰值功率密度，并达成了为LCD屏幕和温度计供电。
新冠疫情暴发后，抛弃口罩数目飞速增进。有统计认识指出，2020年环球共分娩约520亿个口罩，个中约15.6亿个口罩因经管不善流入海洋口罩。
“固然疫情曾通过去，但大师戴口罩的民风曾经酿成，一次性医用口罩正慢慢成为人们平素务必品。”梁茜说，“目前一次性口罩的接管形式闭键有刻板接管、化学改性和化学降解。这些形式没有酌量口罩的机闭和质料性情，并且其流程附加值低口罩、能耗高、可控性差。”
“将抛弃质料接管应用与零碳能源转化本领有机连接起来口罩，可为洁净与可延续的能源供应供应新思绪。”蒋涛说，“于是，该咨询希望正在大范围海洋蓝色能源拓荒规模阐明紧要效用，为双碳倾向达成做出进献。”
目前，基于抛弃口罩的摩擦纳米发电咨询还处于试验室咨询阶段。试验中，单个摩擦纳米发电机曾经能够点亮温度计、液晶屏幕。要是将多组摩擦纳米发电机并联，有点亮海上航标灯的潜力。
“这种质料（抛弃口罩）的发电功能固然没有抵达稀奇理念口罩，但运用抛弃质料的造价极端低口罩，同时还处理了一个处境困难。”梁茜说，“目前，一个摩擦纳米发电机中约90%的质料由接管口罩造成。下一步，咱们酌量将口罩中的金属‘鼻梁条’造成电极、电线等，进一步抬高口罩的接管应用率。”44个口罩“造”台发电机这项新研讨“亮了”
