隨著電子設備的小型化和柔性可穿戴設備集成化發展，從周圍環境中收集能量，為低功耗的可穿戴電子產品供能，已經吸引了研究人員廣泛的關注。湖泊和海面自然蒸發以及植物蒸騰和呼吸作用，濕氣在大氣環境中無處不在。近幾年，研究人員深入研究了從環境濕氣中收集電能的納米材料，如碳納米材料、生物質納米材料以及金屬氧化物等，從而為柔性可穿戴電子設備提供持續能源。
青島能源所綠色反應分離與過程強化技術中心李朝旭研究員帶領的高端材料制造組群研究組，針對二維材料MXene和液態金屬（LM）微納米液滴相容性差的問題，提出以天然多糖（海藻酸鈉）作為表面活性劑，研究了LM和MXene之間的界面作用機制，解決了兩者相容性問題，并構筑了MXene/LM微納米液滴的包覆結構，實現了溶劑蒸發誘導LM微納米液滴燒結。研究發現海藻酸鹽分散的LM納米液滴與MXene的混合水分散液，在蒸發中產生的毛細作用可以促使重力沉降于底層的LM納米液滴融合燒結，進而構筑了MXene/LM異質膜。并發現該薄膜在濕度梯度下，具有自發的持續制動能力（驅動速度為260 °s-1，自振蕩時間大于3×104 s），深入研究并揭示了薄膜兩側吸濕體積變化差異是在濕度梯度下自持續致動的內在機理。將其放置于強度為0.5 T的永磁體磁場中時，其自振蕩機械能在外回路中產生高達1360μA m-2的交變電流。通過調控界面復合機制，構筑的高導電自振蕩致動器在濕環境中收集能量并給微型電子器件供能，可廣泛用于濕環境下的能量轉化與收集。該技術有效克服了目前濕氣發電過程難以持續的問題。不僅有利于推動自持續震蕩薄膜等智能材料的發展，也有望推動生物高分子作為能量收集材料的研究與發展。相關成果發表于期刊Adv. Funct. Mater。
上述研究獲得國家自然科學基金（Nos. 21474125, 22075307）、山東“泰山學者計劃”、山東省自然科學基金（Nos. ZR2020ZD33，ZR2021YQ40, ZR2020KE025）、中科院青促會（No. 2022209）、中國科學院青島生物能源/山東能源研究院科研創新基金（SEI I202143 & SEI I202131）等項目和計劃的經費支持。(文/圖 李明杰、車欣鵬)
圖1. 濕氣梯度驅動的自持續震蕩薄膜材料制備、結構及濕環境能量收集功能示意圖。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202307830.
Xinpeng Che, Ting Wang, Bailang Zhang, Zhuanzhuan Zhai, Yijun Chen, Danfeng Pei, Anle Ge, Mingjie Li* and Chaoxu Li*, Two-dimensionally nano-capsulating liquid metal for self-sintering and self-oscillating bimorph composites with persistent energy-harvest property, Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202307830
