「探秘C@T光响应智能蒸发发电装置」

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：可见，TiO2的紫外光响应性是导致产电装置光敏感性的原因。由水蒸发驱动的FIV高达1.6 V，而甲醇驱动的FIV则接近2.0 V，且这个器件中，由于TiO2的存在，能够对近紫外光产生较为灵敏的响应。TiO2作为一种新型的液体蒸发产电材料，大大扩展了蒸发产电领域的材料选择范围。

图4.73　不同液体蒸发产电器件的FIV

（a）甲醇；（b）丙酮；（c）乙醇；（d）DMF

图4.74　不同光照射下FIV的变化情况

（a）模拟太阳光对FIV性能的影响；（b）紫外光对甲醇蒸发产电器件FIV性能的影响；（c）在普通室内灯照射下，EPG器件的FIV

TiO2是一种N型半导体，在近紫外光（UV）照射下能够产生光激发电子。该特征使蒸发产电装置显示出诸如光响应性之类的特殊性能。不同光照射下FIV的变化情况如图4.74所示。在近紫外光下，TiO2的价带电子被激发到导带并迁移到TiO2的表面，然后与从水中转移出的质子相结合，从而破坏双电层的结构并影响 FIV的产生。如图4.74（a）所示，当模拟太阳光（光强为1 kW/m2，含紫外光）照射产电装置时，FIV迅速减小直到不产生电压；而当模拟太阳光不再照射时，FIV会缓慢上升至初始值，这里的缓慢上升的原因主要是水经毛细作用缓慢上升至材料中，缓慢达到蒸发与供水的平衡。当模拟太阳光再次照射时，FIV依旧迅速降低，该过程具有较好的重复性，其开关比约为128。可以看出，产电装置在模拟太阳光辐射下表现出优异的光控性能。当蒸发液体为甲醇时，产电器件在紫外光的照射下也能表现出优异的光控性能，如图4.74（b）所示，当紫外光照射时，电压迅速降低至约为零，当紫外光不再照射时，电压同样会缓慢上升至初始值，但是电压上升曲线较为波动，可能是由于甲醇中质子较多的缘故，导致电势差波动性增大，但是产电装置在普通室内灯（没有紫外线）照射下产生的FIV没有变化（图4.74（c））。可见，TiO2的紫外光响应性是导致产电装置光敏感性的原因。

我们接下来以C@T材料为主体，制成一种智能液体蒸发发电器件。这种器件不仅可以在水蒸发下产生电压和电流，而且能够在其他液体蒸发下进行工作。由水蒸发驱动的FIV高达1.6 V，而甲醇驱动的FIV则接近2.0 V，且这个器件中，由于TiO2的存在，能够对近紫外光产生较为灵敏的响应。TiO2作为一种新型的液体蒸发产电材料，大大扩展了蒸发产电领域的材料选择范围。这些优势使该器件的应用范围更广，更可能应用于多种条件下的智能自供电电子设备和系统。

便携式智能器件需要的自供电装置需要具有便携的优势，然而，在一些固定的场合可能对便携式的需求较小。从理论上讲，电压和电流的高低是电能储存量多少的体现，因此，将器件进行集成进而得到高电压和高电流是研究人员一直以来的研究内容。采用绿色方法得到的高电压和高电流也将会进一步促进高电能应用领域的发展，也将进一步扩大产电器件的应用领域。

「探秘C@T光响应智能蒸发发电装置」

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