基于纳米碳的水伏材料及其能量转换器件

如何收集和转化自然界巨大的水能资源是近年来研究的焦点.自碳纳米管被发现具有在流水中产生电信号的性质以来,以纳米碳为主的水伏材料因具有独特的"水生电"特性引起广泛的研究兴趣.水能资源具有采集难度低、存在范围广、储量丰富等特点,主要以液态水、气态水两种形式存在.碳纳米管、石墨烯等纳米碳材料通过双电层理论和电动理论捕获雨水、水流、波浪等液态水能,而具有多孔结构、高比表面积、氧浓度梯度的碳量子点、碳黑、氧化石墨烯等则利用其独特的结构,实现对气态水能的转化利用.本文系统总结了纳米碳材料将液态、气态水中蕴含的机械能、化学能转化为电能的研究进展以及其能量转换器件;阐述了不同纳米碳和相关器件对水能的转化原理,并指出了水伏材料与器件发展过程中需要面对的挑战以及可能的发展方向.     

低维碳材料水伏效应的传感应用

以碳纳米管和石墨烯为代表的低维碳材料在与液体作用时,表现出一系列新的生电效应,如波动生电、射流生电、液滴生电、蒸发生电、湿度生电等,这些现象被统称为水伏效应,并成为近年低维功能材料领域研究的新热点.这些发生在固-液界面或固-液-气界面的生电效应为基于新型能量转化原理的能量捕获技术开辟了新的方向,也为基于固-液界面的传感探测提供了新的途径.本文总结了水伏效应在流体运动、溶液浓度、湿度、温度等方面的传感应用潜力,旨在为新型界面自驱动传感器件和传感系统的开发提供借鉴.     

湿气发电机的研究进展、应用和展望

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.     

来自于水和石墨烯间的能量

石墨烯材料在能量存储和能量转换方面显示出巨大的潜力,如电池、超级电容器、驱动器、产电器件等.其中,石墨烯基材料水力生电这一新能源的发现与开发成为近两年来的研究热点之一.本文总结了本课题组和国内外相关研究组在石墨烯组装和水力生电相关应用方面的重大进展,包括不同结构的石墨烯的组装和加工及其在水力生电、产能领域的应用,如湿气产电、水蒸发诱导产电、湿气响应驱动器等.本文旨在增强对水伏纳米器件的认识,希望对将来石墨烯基材料水力生电的研究有指导意义.     

水伏科学与技术的召唤

正水覆盖了约71%的地球表面,占人体重量约70%,在细胞里的含量可达80%.水与能量相生,维持着大至地球系统的能量循环,小至生物体的温度平衡,是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器.水吸收了太阳辐射到达地表能量的近70%,在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦(10~(15)瓦),比全人类目前年平均能量消耗功率高3个数量级.     

快速发展的微纳能源技术

正能源是人类社会可持续发展的最基本驱动力,也是人类赖以生存的重要物质基础.随着传统化石能源日益枯竭,能源问题成为当前人类面临的主要难题之一.从环境中实现水能、风能和太阳能等可再生清洁能源的高效利用是解决能源危机的有效途径.随着纳米材料与纳米技术的进步,新型清洁能源利用技术得到高速发展,形成了以微纳技术为基础的新一代清洁能源技术与系统,即微纳能源,包括能量的收集、转换、存储与利     

节能与生活

能源是指为人类提供能量的天然物质.它包括煤、石油、天然气和水能等,也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)和核能等新能源.     

当今世界的能源问题(上)

能源就是能够提供能量的物质。大自然赋予人类的能源是多种多样的,可以把它们分为常规能源和新能源两大类。技术上比较成熟而使用较为普遍的能源称为常规能源,如煤炭、石油、天然气、水能等。近几十年才开始利用或正在开发研究的能源称为新能源,如太阳能、核能、沼气能、风能、氢能、地热能、海洋能、电磁能等。 经济发展的“火车头” 自古以来,人类就为改善自身的生存条件、促进社会经济的发展     

物理疗法在脑科疾病中的前沿应用:神经治疗学的复兴

神经系统疾病在全球疾病负担和致残率的排位中居高不下,但对其致病机理与个体化治疗方案的研究却较为局限.从生物能量学的视角,神经精神疾病涉及脑能量/代谢(例如熵)的异常.在物理学中的电、磁、光、波为4种常见的能量形式,而基于这4种能量形式的神经调控技术不仅在脑科学研究中占有重要一席,同时也在脑科疾病的治疗中逐渐成为非药物治疗的重要方法.本综述旨在介绍基于电、磁、光、波4种能量存在方式的神经调控方法在脑科疾病的前沿研究、技术难题与未来应用前景.     

人体极限之谜

不吃饭 通常,只要有足够的水,一个体质正常的人能坚持70天不进食.我们的身体以糖和脂肪的形式储存有一定的养分,以满足饥饿时的消耗.这些养分储备在肝脏、肌肉和脂肪组织中.我们一旦停止进食,身体就会采取一切手段以保证血糖含量.因为这是最主要的能量来源,对于大脑尤其如此.     

《水知道答案》

这是一本与《时间简史》同样神奇的科普读物。本书用122张前所未见的水结晶照片,向世人展示了一项独一无二的科学观察:水能听,水能看,水知道生命的答案!     

植物光合机构的光破坏防御

植物的光合作用是以太阳光能为根本推动力的复杂的生物合成过程.它将二氧化碳和水等无机物合成碳水化合物等有机物并释放氧气,为地球上包括人类在内的几乎所有的生物提供它们赖以生存、发展和繁荣的物质和能量.     

利用声波将废热转化为电能的神奇装置

在现代技术器件产生的废料中,热量可能是最有利用价值的东西。但是,对计算机、电子器件、发电设备、汽车以及在炎热天气中倍受煎熬的人来说,过热是一个令人关注的大问题。同时热也是一种很特别的废料,因为它是一种能为更多有用目的服务的能源副产物,也是一种能量形式。如果它能被收集并转化成电能,就可以提高能量效率并可消除过热问题;     

“生物能力学”

本书的特点是,它并非对生物能力学作詳尽的闡述,而是对未知的科学領域大胆地提出个人的見解与推測,并以通俗的解释引导讀者去思考生物物理与生物化学迫切等待解决的一些重要問題。作者在本书中提出了生物体內能力学过程的几个基本假說。他认为在生物現象中存在着两个不同的能量形式,即儲存在化合物中的“非活性”价鍵能和在生化过程中能传递和“迁移”的活性能量。生物对象中处于被束缚状态的水具有特殊的結构,这种水不仅是某种坚固的介貭,而且是一种有利于“活性”能积累和传播的介貭。作者更进一步指出:“活性”能也就是組成生活物貭的蛋白貭、核酸以及其他成分的分子或分子体系的电子激发能。作者力求     

生物的光能转化

物质、能量与信息的传递、贮存与转化及其相互间的协调,构成了整个生命活动。生物的能量转化是生命的基本特征之一。它是生物学中的基础理论问题之一,也是与一些重大实际问题密切有关的问题。生物维持其生命的最基本的需要就是物质与能量,但是各种生命活动又需要不同的能量形式,所以能量转化在生物中不仅普遍存在而且形式也是多种多样。如肌肉收缩时的化学能转化为机械能;神经兴奋过程中的化学能转化为电能;视觉过程中的光能转化为电能;物质     

“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的研究现状及发展趋势

发展新一代“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统是能源行业高质量发展和提高可再生能源消纳水平的必然需求,加快其发展对构建多能互补、灵活、智慧的能源系统具有重要意义.目前,我国能源系统转型与升级进程加快,能源系统多能流交织、多品位分布、多时空尺度等特征愈发突出,给能源的高效利用带来新的理论和技术挑战.为实现异质能流系统的协同发展,还需要突破单一能流系统能量转换分析的局限,从能质、能量品位的角度,解释不同能源系统间的耦合逻辑并指导能源结构优化和能量管控,解决异质能流多尺度协同响应难等问题.因此,本文以“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的构成和特征为切入,明晰了异质能流系统基础架构及各层间的关系,阐明了按质用能思想和能量品位相匹配对构建高效能量梯级利用系统、实现能量有序按需转化的重要性,总结了异质能流系统动态响应特性与协同调控、结构优化和能量管控等研究现状和挑战,并对未来能源系统的发展提出了一些建议.     

为什么

从空调里流出来的水能浇花吗? 从空调里流出来的水,原来是房间里的空气中含有的水分积蓄起来的,所以用它来浇花应该没有问题。这种水的生成,与冬天时在有暖气的房间里,窗户内侧会沾有露水是同样的现象。     

人体能:失落的能源

人体能,即人体散发的能量,主要表现为热能和机械能. 生命过程中,人体能随时作用于周围环境,如运动时大量发热,行走时体重压击路面等等.这些能量至少有三分之一被白白浪费掉.有关专家测算:一个人昼夜浪费掉的人体能,如全部转化为热,可以把相当于他体重的水,由零摄氏度加热到五十摄氏度.而全世界六十多亿人每年浪费掉的人体能加起来,则相当于十座核电站生产的电力.     

离子极化和离子水化能

近年来,随着离子交换、离子选择性电极和电渗析等新技术的发展,离子在水溶液中的行为正日益受到重视和研究,离子水化能就是其中重要的方面之一.离子水化能是气态离子溶于大量水中成为无限稀释溶液时释放的能量,即反应     

深地生物圈的最新研究进展以及发展趋势

深地(地下深部)微生物是指陆地以及海底表面以下、不以光合作用为主要能量来源、生活在黑暗世界的微生物.深地微生物生活在岩石与沉积物空隙或者流体中,从岩石摄取营养,从水-岩反应中获取能量.深地微生物的总量可与地表生物量相媲美,但是其分布不均匀,代谢速率极低,地质条件是影响其分布和代谢的主要因素.总体来讲,随着深度的增加,由地表带入的有机质含量与能量都降低,因此微生物的丰度、多样性与活性也随之降低.在深部环境,深地微生物的代谢主要由水-岩反应产生的底物与能量维持.深地的极端环境造就了特殊的深地微生物(厌氧、化能自养、嗜热、嗜压、耐寡营养、耐辐射、耐干旱等),但是这些生物的生存边界目前还没有统一定论.尽管深地微生物个体小、生长慢,但是数量庞大,物种多样且功能丰富,在一系列地质过程中起着至关重要的作用,也与人类活动息息相关.因为获取深地样品难度大、费用高,因此深地微生物的研究尚不够深入,许多问题有待解决,包括深地微生物的起源、生存、与代谢功能,生物地理分布,由深地微生物参与调控的元素地球化学循环,以及深地微生物资源的开发利用.