合肥研究院響應(yīng)性聚合物柔性能量轉(zhuǎn)換器研究獲系列進展

    中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機械研究所激光技術(shù)中心研究員方曉東課題組和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授馬明明課題組合作，利用響應(yīng)性聚合物，設(shè)計了濕度驅(qū)動并且磁場控制運動方向的柔性“牽引機”，相關(guān)研究工作以Magnetically directed soft actuators driven by moisture為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry C 上（J.Mater.Chem.C,2017,5,4129-4133）。該論文第一作者為合肥研究院安光所2014級博士生高鳳仙。

    利用多元醇摻雜的聚吡咯薄膜對濕度具有靈敏的響應(yīng)性，在濕度的驅(qū)動下能夠作出連續(xù)的翻轉(zhuǎn)運動。研究人員利用聚吡咯薄膜的這一響應(yīng)特性，通過在薄膜中摻入磁性納米粒子，設(shè)計了濕度驅(qū)動的柔性“牽引機”，外界磁場能夠有效控制薄膜的運動方向。這種柔性的驅(qū)動器可以有效地把環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)換為動能，并可運輸貨物至目的地。

    此外，基于對溫度具有響應(yīng)性的聚合物-聚偏氟乙烯，研究人員設(shè)計了水汽驅(qū)動的熱釋電納米發(fā)電機，它利用水蒸氣的冷凝放熱和蒸發(fā)吸熱實現(xiàn)熱釋電材料的溫度快速波動，不需要額外耗電設(shè)備。供電性能好，可獲得高達145伏的輸出電壓，并可以持續(xù)驅(qū)動低功耗的電子器件，如電子表等。作為一種柔性能源轉(zhuǎn)換器件，可有效收集環(huán)境中的廢熱，轉(zhuǎn)化為電能用于發(fā)電，該工作發(fā)表在Nano Energy (2016) 22 ,19-26。

    以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的資助。

圖1  負載磁性納米粒子的薄膜結(jié)構(gòu)示意圖和圖片

圖2  負載磁性納米粒子的薄膜對磁場和濕度的響應(yīng)性

圖3 水汽驅(qū)動的熱釋電納米發(fā)電機示意圖