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滲透能發(fā)電新材料:新型芳綸氮化硼納米膜
信息來源:本站 | 發(fā)布日期: 2020-01-04 11:01:30 | 瀏覽量:928526
受生物體組織膜的啟發(fā),科學(xué)家們將芳綸納米纖維與氮化硼結(jié)合,構(gòu)建了一種既像骨一樣堅固又像軟骨一樣適合離子傳輸?shù)暮Q竽芰渴占?。這項研究于12月18日發(fā)表在《焦耳》雜志上,它攻克了關(guān)于利用滲透能產(chǎn)生可再生能源的主要技術(shù)難關(guān)。 據(jù)了解,滲透能發(fā)電比太陽能和風(fēng)…
據(jù)了解,滲透能發(fā)電比太陽能和風(fēng)能更加可靠。然而,常用于制造滲透膜的粘土、石墨烯氧化物和二硫化鉬納米材料在水中容易崩潰甚至解體。雖然近期開發(fā)的氮化硼納米膜耐高溫,物化性質(zhì)穩(wěn)定,但耐水時間依舊達不到預(yù)期的要求,當(dāng)它們形成微觀裂紋時,便開始泄漏離子。
耐高溫的氮化硼納米膜
迪肯大學(xué)前沿材料研究所(IFM)高級研究員、澳大利亞首席科學(xué)雷偉偉(WeiweiLei)說:“新一代的氮化硼復(fù)合膜將解決這個難題?!?br />
美國首席科學(xué)家、密歇根大學(xué)工程教授尼古拉斯·科托夫(NicholasKotov)說:“滲透能對人類來說是一種巨大的資源,但它的應(yīng)用受到高性能離子選擇膜可用性的嚴(yán)重限制。”
雷教授和科托夫決定攜手攻克這個難題,他們將生物組織作為藍圖,觀察到需要許多不同種類的高性能離子選擇膜來促進它們體內(nèi)的生物反應(yīng)。他們指出,雖然軟組織,如軟骨、腎膜和基底膜,允許離子輕松通過,但它們是脆弱的。相比之下,骨骼非常堅固,但沒有有效的離子傳輸。
科托夫說:“我們找到了一種方法來‘嫁給’這兩種材料同時獲得這兩種性能,我們使用芳綸氮化硼復(fù)合材料,制成類似于軟骨的柔性纖維,并像骨骼一樣堅固?!?br />
“我們的仿生納米復(fù)合膜具有一定的優(yōu)勢,如高魯棒性,比單一材料制成的膜更容易制造和提供更完善的功能。”雷說。
研究人員使用逐層組裝構(gòu)建了納米復(fù)合膜。這是一種重建層狀復(fù)合材料的方法,尤其適用于水技術(shù)。他們在氯化鈉溶液中將壓力施加給芳綸氮化硼膜的一個儲層上,觀察其電流變化,并與其他納米材料膜進行比較,發(fā)現(xiàn)狹窄的通道使芳綸氮化硼復(fù)合膜能夠比其他多孔復(fù)合材料更好地吸收鈉離子、排斥氯離子。他們還用氯化鈉反復(fù)沖洗約20個周期,來監(jiān)測膜的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)它在200小時后仍能保持最佳的功能。
“我們的新型復(fù)合膜厚度可調(diào),在0~95°C和pH2.8~10.8下具有高度的穩(wěn)定性?!崩渍f。
該論文的主要作者劉丹(DanLiu)也在IFM工作,他說:“廉價的組件和膜的使用壽命使海洋能源的獲取成為現(xiàn)實?!?。
因此,芳綸氮化硼膜非常適合在產(chǎn)生滲透能的過程中,承受各種復(fù)雜的海水條件。研究人員還認(rèn)為這項技術(shù)具有高度的可擴展性,特別是因為它的兩個組件都很便宜。芳綸納米纖維甚至可以從廢棄的芳綸織物中收集。
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