苏彬课题组: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

shanhaiguan

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）。

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。

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。

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。

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


       文章来源：华中科技大学
      苏彬 博士，华中科技大学，材料科学与工程学院，教授，博士生导师。1983年3月生于湖北省武汉市，毕业于上海交通大学，分别获理学学士学位（2005），工学博士学位（2009）。毕业后在中国科学院化学研究所有机固体实验室江雷院士课题组从事博士后（2010），助理研究员（2011），副研究员（2012）工作。2014年在澳大利亚莫纳什大学化工学院作为ARC-DECRA基金研究学者（2014），博士后研究学者（2017）工作。2018年加入华中科技大学。主要从事仿生电磁器件的研究。以第一作者或通讯作者在Nat. Commun., Adv. Mater., JACS, Chem. Soc. Rev., ACS Nano, Adv. Func. Mater., Adv. Sci., Chem. Mater., J. Mater. Chem. A 等SCI期刊上发表论文46 篇（其中影响因子大于10的文章22篇，封面/封底/插页文章7 篇）；以合作作者发表SCI论文36篇；共发表SCI文章82篇。研究成果相关引用 2800余次，H指数31 （数据来源web of Science, 2019/1/1）。研究工作受到国际同行的高度关注，相继被Nature China, Chemistry World, Materials Views 等网站或杂志以研究亮点的形式进行了报道。曾经作为Adv. Mater., Adv. Func. Mater., Adv. Mater. Inter., Adv. Eng. Mater., NPG Asia. Mater., Small 等学术期刊的独立审稿人。
        史玉升，男，1962年生。博士，华中科技大学教授，博士生导师。现任材料科学与工程学院党总支书记、材料成形与模具技术国家重点实验室副主任、华中科技大学快速制造中心主任、湖北省先进成形技术及装备工程技术研究中心副主任、中英先进材料及成形技术联合实验室副主任、湖北省航空学会副理事长、湖北省机械工程学会理事、湖北省机械工程学会特种加工分会副理事长、材料化学与服役失效湖北省重点实验室学术委员会委员、International Journal of Production Research、Journal of Engineering Manufacture等杂志的审稿人等职务。长期从事快速成形制造技术领域的教学和科研工作。