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(hù)的摩擦納米發(fā)電機(jī)。

　　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(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。如何通過經(jīng)濟(jì)、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(diǎn)。摩擦納米發(fā)電機(jī)能收集所處環(huán)境中的機(jī)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(hù)的鋼材表面，則能夠明顯降低鋼材表面的電勢，以達(dá)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(biāo)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(jī)工作。因此，發(fā)展基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供電、小型化的防腐蝕方法具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實意義。

　　由郭文熹、李瀟逸、陳夢曉等組成的主力團(tuán)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(biāo)型摩擦納米發(fā)電機(jī)，并將其用于金屬陰極保護(hù)。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(jī)產(chǎn)生的電壓和電流接到需要保護(hù)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(jìn)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(jī)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(hù)船體的鋼材。船行駛速度越快，摩擦納米發(fā)電機(jī)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(biāo)型的摩擦納米發(fā)電機(jī)可運(yùn)用于浮標(biāo)或者貨船上，收集水流上下運(yùn)動的機(jī)械能，分別用于保護(hù)浮標(biāo)周圍的橋墩和船體的鋼材。研制的兩種摩擦納米發(fā)電機(jī)均具有很好的穩(wěn)定性，對鋼材能起到顯著的保護(hù)作用。這種摩擦納米發(fā)電機(jī)用作陰極保護(hù)的方法在能源收集以及材料的保護(hù)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(jìn)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(biāo)型的摩擦納米發(fā)電機(jī)。左下為摩擦納米發(fā)電機(jī)陰極保護(hù)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(jī)保護(hù)的金屬和未受保護(hù)的金屬在同樣的條件下被腐蝕5小時后的對比圖。