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武汉普赛斯仪表有限公司
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| 测试范围 | 0.3mV-300V/100pA-1A | 测试精度 | 0.1% |
|---|---|---|---|
| Z大输出功率 | 30W |
国产源表之纳米水伏发电材料研究测试要求
（1） 实时测试多种纳米材料在同一水条件下的发电情况；
（2） 不同纳米材料的发电条件不同，并需要数据记录；
（3） IV曲线扫描；
一、案例项目简介
1.项目背景
随着Q球能源需求日益增长同时对环境保护的重视，传统化学能发电已逐渐不适应当代社会的复杂要求。同时能源的需求和应用领域也越发多样化，基于这些现实需求，云南某大学的张博士为解决这些问题，他以新材料为切入点，重点关注新材料的发电研究：基于纳米材料的水伏发电及其发电性能。希望以此为突破点，推动新能源发展以及促进能源多样化供应。
2.项目痛难点
(1) 研究纳米材料种类多样；
(2) 多种纳米材料需要在同一测试条件下进行发电性能比对；
(3) 确定纳米材料发电功率及Z佳发电条件；
二、纳米材料发电及纳米材料水伏发电
1.纳米材料发电种类
纳米技术经历了几十年的发展，现在已经走入人们的日常生活中，各种纳米材料目前在世界范围 内得到了广泛的应用。纳米器件拥有尺寸小、功耗低、反应灵敏等特点，但纳米器件的运行必须 有电池和集成电路的支持，目前无法达到J对意义上的Z小化。为解决这一问题，院士王中林教 授2006年S次提出纳米发电机的理念，使纳米发电机的研究成为微型能源研究领域的热点， 进而开辟了纳米材料发电这一新兴的学科领域。
纳米材料发电目前有几种技术路线：
(1) 纳米压电发电
纳米压电电子学原理是利用原子力显微镜探针，压迫氧化锌纳 米线产生弯曲，使锌离子和氧离子产生了电势能并形成电流。 在此基础上，选用兼具压电效应和半导体效应的氧化锌，利用 纳米线、纳米薄膜等材料的结构特性，成功发明了纳米发电 机，实现了将周围环境中的机械能转化成电能的目标。另外， 利用超声波等其他方式，也可为纳米压电材料提供机械能。
(2) 纳米热释电发电
利热释电(Pyroelectric)纳米发电机是一种能量收集装置，它能 够利用纳米结构的热释电材料把外界的热能转换成电能。通常，热能的收集主要依靠器件两端的温差驱动载流子扩散的塞 贝克效应。
(3) 纳米静电摩擦发电
利用日常生活中摩擦起电这种静电现象，可产生足够的能量。而采用纳米技术来制造特定材质的两种摩擦表面，还可以使摩擦有效面积扩大，从而提供更强的摩擦并转换出比压电效应更为可观的电能。
(4) 纳米水伏发电
通过纳米结构与水的流动、波动、滴落和蒸发直接相互作用来发电的能量转换效应，被称为水伏效应（hydrovoltaic effect），也称纳米水伏发电，这种效应为解决柔性传感系统的能源可持续供给提供了新思路。
2.纳米材料水伏发电
地球表面70％以上都被天然水体覆盖，是含量Z丰富的资源之一。无论地理位置或环境条件如何改变，天然水都可以通过吸收热能而自发地流动和蒸发。通过纳米结构与水的流动、波动、滴落和蒸发直接相互作用来发电的能量转换效应，被称为水伏效应（hydrovoltaic effect），这种效应为解决柔性传感系统的能源可持续供给提供了新思路。
然而，如何在变形条件下实现稳定发电和高输出功率，并实现轻量化、柔性化可穿戴传感微系统依然面临很多挑战。以下为水伏发电的几个技术路径：
三、方案说明
1.测试要求
(1) 实时测试多种纳米材料在同一水条件下的发电情况；
(2) 不同纳米材料的发电条件不同，并需要数据记录；
(3) IV曲线扫描；
2.测试方案结构
△方案一、单通道纳米水伏发电测试
△方案二、多通道水伏发电纳米材料分选
3.测试原理及指标
蒸腾驱动发电机：在含有炭黑涂层的不对称湿棉布上，由毛细流动的水驱动进行发电，可产生Z大电压0.53 V, Z大电流3.91μA,Z大能量密度1.14 mWh cm−3。由多个蒸腾驱动发电机组 装产 生的能量，足以点亮一个20 mA×2.2 V的发光二极管，或为一个1 F容量的超级电容器充电。
上图为不同液体对蒸腾纳米驱动发电机的影响
(A) 各种类型和极性的液体对蒸腾纳米发电机的VOC的影响；
(B) 不同阳离子大小的盐溶液在不同条件下对TEPG的VOC的影响；
(C) 不同pH值的盐酸溶液下，测试出VOC的值；
(D) 湿碳与干碳电位差及电流流向示意图；
(E) 湿/干界面拟流行为和电流产生的机理示意图；
(F) 蒸腾纳米发电机的蒸发和吸附示意图；
4.扫描及图示
△测试连接实物图
(A) TEPG运行示意图；
(B) (B)测量TEPG的VOC、ISC和电阻分布；
(C) (D) (E) (F)为不同情况下，测量VOC的分布情况；
5.选型依据
以量程及Z小测量精度为标准，同时支持等效电阻测试。
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