华中科技大学|华中科大苏彬团队提出为环境集水发电一体化新思路和方法
近日 ， 华中科技大学快速制造中心苏彬课题组在史玉升老师的支持下 ， 最新研究成果“A superhydrophobic droplet-based magnetoelectric hybrid system to generate electricity and collect water simultaneously”发表在国际著名材料杂志《Advanced Materials》 。 华中科技大学材料科学与工程学院马征博士后为论文第一作者 ， 材料科学与工程学院苏彬教授为论文通讯作者 ， 华中科技大学为第一完成单位 。 上述论文设计新型的柔性磁电复合材料体系 ， 将超疏水表面引入到课题组2019年开发的柔性磁电材料体系中 ， 提出了一种全新的收集环境离散水能的研究模型 ， 同时实现了净水收集和电能转换 。 该研究为环境集水发电一体化的研究提供了新的思路和方法（见图1） 。
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图1. 超疏水柔性磁电体系
该课题组2019年提出柔性磁电材料的设计与制备 ， 先后制备了压力型（图2左边）、拉伸型（图2右边）柔性电磁复合材料 ， 实现了机械压力/拉力与电能之间的转换 。
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图2. 柔性磁电材料体系工作基础
在前期工作基础上 ， 课题组对固体柔性磁电材料体系进行了结构升级：通过在样品内部引入由超疏水表面和丙三醇液滴构成的弹性中间层 ， 使导电部分与磁性基底分隔开 。 其中 ， 由于低的表面能 ， 丙三醇与上下的超疏水接触面的接触呈现Cassie态 （见图3） 。 在外界压力作用下（水滴滴落） ， 丙三醇发生受力形变 ， Cassie态的接触转变成Semi-Cassie态 。 由于该形态的可恢复性 ， 当外力作用消失时（水滴从超疏水顶面脱离样品） ， 丙三醇液滴的Semi-Cassie的接触恢复到Cassie态 ， 由此实现样品内部导电线圈与磁性基底之间的相对位置的可逆改变 。 根据法拉第电磁感应定律 ， 当闭合导电线圈与磁性基底之间的距离发生改变时 ， 线圈内的磁通量发生改变 ， 从而产生诱导电动势发电 。
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图3. 超疏水磁电复合模型的制备及发电机理
随后 ， 该研究在超疏水磁电复合体系中引入了仙人掌仿生结构 ， 使其在收集分散微型水滴的同时 ， 对其势能转化而来的动能进一步转化为电能的形式输出（如图4所示） 。得到了收集环境离散型水源（如雾、雨水等）与发电一体化的超疏水基电磁模型 。
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图4. 收集环境离散水源与发电于一体的超疏水磁电复合模型
该研究得到国家自然科学基金海外高层次人才基金 ， 国家博士后基金 ， 华中科技大学人才引进基金等项目的资助 。
来源：华中科技大学
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006839
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