中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所潘曹峰研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近制備出用于金屬陰極保護的摩擦納米發(fā)電機。

　　隨著社會發(fā)展的不斷加快，鋼材的用量越來越大。但是，鋼鐵容易因生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼材占世界鋼鐵年產(chǎn)量的1/4，這是一種極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。如何通過經(jīng)濟、有效、能長期工作的防腐蝕方法來解決該問題，一直是業(yè)界關(guān)注的焦點。摩擦納米發(fā)電機能收集所處環(huán)境中的機械能并將其轉(zhuǎn)化為摩擦表面之間的電勢差，如果將產(chǎn)生的電勢輸入到需要保護的鋼材表面，則能夠明顯降低鋼材表面的電勢，以達到鈍化防腐的目的。由于在水中行駛的船和上下起伏的浮標的表面一直會接觸到水的波動，特別適合于驅(qū)動摩擦納米發(fā)電機工作。因此，發(fā)展基于摩擦納米發(fā)電機的自供電、小型化的防腐蝕方法具有非常重要的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義。

　　由郭文熹、李瀟逸、陳夢曉等組成的主力團隊在潘曹峰教授的指導(dǎo)下，研制出主要由聚酰亞胺（Kapton）薄膜和Al膜組成的扇片型和浮標型摩擦納米發(fā)電機，并將其用于金屬陰極保護。為了增加接觸面積，在Kapton膜上刻蝕出納米線。實驗結(jié)果顯示，將摩擦納米發(fā)電機產(chǎn)生的電壓和電流接到需要保護的鋼材上，能夠使鋼材的電勢降低0.44V。如果通過增加外部電阻，鋼材的電勢能進一步降低到-5V以上（外部電阻10M時）。其中，采用扇片型結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機可以裝在輪船的外部，通過船行駛時水流帶動扇片旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電能來保護船體的鋼材。船行駛速度越快，摩擦納米發(fā)電機扇片旋轉(zhuǎn)的速度越快，產(chǎn)生的電流也就越大，從而使鋼材的電勢降低更多，防腐效果更好。而浮標型的摩擦納米發(fā)電機可運用于浮標或者貨船上，收集水流上下運動的機械能，分別用于保護浮標周圍的橋墩和船體的鋼材。研制的兩種摩擦納米發(fā)電機均具有很好的穩(wěn)定性，對鋼材能起到顯著的保護作用。這種摩擦納米發(fā)電機用作陰極保護的方法在能源收集以及材料的保護領(lǐng)域都將有很大的應(yīng)用前景。

　　相關(guān)文章發(fā)表于最新一期的《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。

　　附圖說明: 左上兩張插圖分別為扇片型和浮標型的摩擦納米發(fā)電機。左下為摩擦納米發(fā)電機陰極保護后金屬電勢明顯降低的實驗譜圖；右下角為受摩擦納米發(fā)電機保護的金屬和未受保護的金屬在同樣的條件下被腐蝕5小時后的對比圖。