近期，清華大學(xué)曲良體教授和程虎虎助理研究員團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表題為（Interface-mediated hygroelectric generator with an output voltage approaching 1.5 volts）的研究論文。該論文發(fā)展和構(gòu)建了一種新型的濕氣發(fā)電材料和器件(hygroelectric generator, HEG)。該研究建立了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯材料的制備方法，利用其對濕氣變化超靈敏的特點(diǎn)，通過界面設(shè)計(jì)輔助和調(diào)控內(nèi)部載流子的輸運(yùn)行為，首次將單個(gè)濕氣發(fā)電器件的輸出電壓提高到1.5 V，并且成功為商用的用電器件進(jìn)行供電。

新型的能量轉(zhuǎn)化與存儲技術(shù)對于社會的發(fā)展起著極其重要的作用。人類生活的環(huán)境中存在大量的能量源泉，比如太陽能、風(fēng)能和水能等，人們已經(jīng)成功開發(fā)了太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和水力發(fā)電機(jī)等將這些能量轉(zhuǎn)化為電能，為日?；顒犹峁┍憷?。然而，將自然界中水分?jǐn)U散過程直接用于產(chǎn)生電能并不多見。

本項(xiàng)研究工作開創(chuàng)性地利用氧化石墨烯作為基礎(chǔ)材料，通過激光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了材料內(nèi)部含氧官能團(tuán)的異質(zhì)分布，輔助界面設(shè)計(jì)構(gòu)建肖特基結(jié)進(jìn)行載流子的運(yùn)動調(diào)控，建立了一種全新的濕氣產(chǎn)電器件，實(shí)現(xiàn)了濕氣擴(kuò)散直接轉(zhuǎn)化為電能的過程。在濕氣刺激下，單個(gè)器件（亞厘米尺寸）可以產(chǎn)生高達(dá)1.5V的電壓（與商用的紐扣電池相當(dāng)）。此外，通過簡單的層層組裝進(jìn)行有效的串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)18V的輸出電壓，能夠成功為商用的LED陣列和數(shù)碼管供電。該工作開發(fā)了一種全新的濕氣產(chǎn)電器件，為設(shè)計(jì)高效、高輸出的新型能源器件奠定了基礎(chǔ)，作為一種新型清潔能源器件，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

（a）濕氣發(fā)電器件串聯(lián)示意圖；(b) 輸出電壓隨器件串聯(lián)數(shù)量的變化；

(c) 濕氣發(fā)電器件給商用的電容器充電；(d–f) 濕氣發(fā)電器件為發(fā)光二極管陣列和數(shù)碼管等電子元器件供電

近年來，研究團(tuán)隊(duì)專注于先進(jìn)材料和新型微納器件，及在能源、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。在濕氣產(chǎn)電領(lǐng)域開展了大量原創(chuàng)性工作，并取得了多項(xiàng)重要成果。前期工作發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）、《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)、《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)、《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials 、《納米能源》(Nano Energy)等知名國際期刊上。

清華大學(xué)機(jī)械系2016級博士生黃亞鑫為本文第一作者，曲良體教授和程虎虎助理研究員為本文的通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

來源：清華新聞網(wǎng)

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