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《先进材料》刊发我院快速制造中心苏彬课题组研究成果

发布时间:2020-11-16 编辑:潘庆玲 来源: 浏览次数:

近日,我院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)。

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。

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 (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。


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。

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。

文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202006839