液固接觸起電是一種經典的物理現象,也是分析流體狀態的重要途徑。摩擦納米發電機(TENG)的發明實現了比傳統液固發電機高幾個數量級的瞬時輸出,是研究液固接觸起電現象的先進工具。利用TENG開發新型的摩擦電探針,它可以短時間內原位計算液固接觸時的電荷量,這對于檢測液固界面的電荷轉移也是一個巨大的優勢。然而,液固接觸起電是一個十分復雜的物理化學過程,極易受溶液中離子含量、pH和分子氫鍵的干擾,尤其是對于成分復雜的混合流體。解析基于混合溶液的液固接觸起電現象,并提升摩擦電探針在多種液體環境中的應用潛力,一直是TENG領域由基礎研究邁向產業化進程中極具挑戰且十分迫切的研究方向。
近日,廣西大學劉濤等人利用摩擦電探針研究了蔗糖溶液的液固接觸起電過程,提出了流體力學狀態、分子間氫鍵以及離子吸附的混合干擾機制。利用摩擦電探針對蔗糖溶液梯度式的電信號反饋,從而實現了蔗糖濃度的高效傳感(靈敏度為-0.0038%-1,同時響應時間為90 ms)。這項成果以題為“Liquid-Solid Triboelectric Probes for Real-Time Monitoring of Sucrose Fluid Status”發表在了《Advanced Functional Materials》上,2022級博士生劉濤為本研究第一作者,聶雙喜教授和陸登俊副教授為通訊作者,莫文鳳、鄒雪蓮、羅斌、張松、劉艷華、蔡晨晨、遲明超、王金龍參與研究。
1. 摩擦電探針的設計
圖1. 摩擦電探針的工作原理。
2. 關鍵證據1:流體力學特征
3. 關鍵證據2:分子間氫鍵作用力
4. 關鍵證據3:離子吸附與離子屏蔽
5. 基于摩擦電探針的蔗糖流體在線檢測裝置
圖5. 用于檢測蔗糖濃度的智能傳感器。
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202304321
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