專(zhuān)注等離子體表面處理設(shè)備
質(zhì)量為根本
市場(chǎng)為導(dǎo)向
人才為核心
基于雨滴能收集的TENG(RDE-TENG),目前已用于建筑物、車(chē)輛玻璃、雨具、屋頂、帳篷和植物等。然而這些RDE-TENG仍存在兩個(gè)局限性,一是水分子對(duì)器件表面的粘附,二是低的輸出效率,因此需要對(duì)現(xiàn)有的RDE-TENG進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級(jí)以提高其輸出性能。
基于此,浙江大學(xué)智能生物產(chǎn)業(yè)裝備創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(IBE)平建峰研究員課題組提出了一種新式的用于農(nóng)業(yè)環(huán)境中雨滴能收集的RDE-TENG。該RDE-TENG直接使用最常用的溫室薄膜作為摩擦層材料,并通過(guò)感應(yīng)耦合等離子體技術(shù)對(duì)薄膜表面進(jìn)行超疏水改性,以賦予溫室薄膜超疏水和自清潔的能力。研究發(fā)現(xiàn)這種處理方式?jīng)]有顯著降低溫室薄膜的透光性。接著,相較于傳統(tǒng)的單電極模式工作的RDE-TENG而言,改進(jìn)了電極結(jié)構(gòu),采用薄膜上下表面雙電極的布置,這樣基于下電極/薄膜/上電極之間的體效應(yīng)(bulk effect)取代了傳統(tǒng)液固界面的界面效應(yīng)(interfacial effect),從而促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移,提高RDE-TENG的輸出性能。
圖1. 基于溫室薄膜的RDE-TENG用于構(gòu)建自供電智能溫室

圖2. 改性溫室薄膜的形貌表征。
未處理溫室薄膜和不同參數(shù)ICP處理溫室薄膜的表面粗糙度(a)、表面粗糙度和薄膜厚度變化(b)、SEM表征(c)、XPS表征(d)、EDS表征(e)、XPS和EDS表征下C/F比變化(f)。

圖3. 改性溫室薄膜的超疏水性能和透明度表征。
(a)未處理溫室薄膜和不同參數(shù)ICP處理溫室薄膜的水滴靜態(tài)接觸角。(b)超疏水改性溫室薄膜的自清潔性能表征。(c)未處理和超疏水改性溫室薄膜的透明度。(d)旋涂透明電極的超疏水改性溫室薄膜。(e)RDE-TENG的制備流程。(f)用于雨滴能收集的RDE-TENG工作裝置圖。(g)RDE-TENG平面圖。

圖4. 不同降雨參數(shù)下RDE-TENG 的輸出表現(xiàn)。
UT/RDE-TENG(a)和ICP-3/RDE-TENG(b)不同高度下落水滴下的輸出表現(xiàn),下落水滴頻率控制在2 Hz。UT/RDE-TENG(c)和ICP-3/RDE-TENG(d)在不同頻率下落水滴下的輸出表現(xiàn),下落水滴高度控制在15 cm。


綜上所述,構(gòu)建了全透明、超疏水和自清潔的 RDE-TENG 以實(shí)現(xiàn)自供電智能溫室。超疏水改性溫室薄膜作為摩擦負(fù)電層材料,以構(gòu)建用于雨滴能量收集的 RDE-TENG,此外優(yōu)化電極布置結(jié)構(gòu),避免了液固界面的界面屏蔽效應(yīng),顯著提高了輸出性能。所制備的 RDE-TENG 具有高且穩(wěn)定的摩擦電輸出,可用作溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的可靠電源,實(shí)現(xiàn)自供電綠色感知,便于及時(shí)采取措施將環(huán)境參數(shù)恢復(fù)到有利于植物生長(zhǎng)的范圍內(nèi),這對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。此外,受本研究啟發(fā),其他的農(nóng)用膜也可用于綠色能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,助力于在農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(IOA)時(shí)代通過(guò)給各種農(nóng)業(yè)用電子設(shè)備供電,以構(gòu)建可持續(xù)的、自供電的智能農(nóng)業(yè)。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04258
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