收获海洋能源：生物启发膜有效地从盐水产生电力

该图描绘了生物启发的纳米复合膜，用于有效的蓝能收割。

受到活生物体的身体组织中的膜的启发，科学家们已经用氮化硼与kevlar中使用的芳纶纳米纤维组合，以构建用于收获海洋能量的膜，这既有骨骼一样强，也适用于软骨等离子输送。2019年12月18日发布的研究在Joule杂志中，克服了利用渗透能量（淡水和海洋水之间的压力和盐度梯度差异）的技术的重大设计挑战，以产生环保和广泛可再生能源的环保和广泛的可再生能源。

渗透能量发生器从一天内少于太阳能和风能农场的一天，使它们比这些绿色能源钉更可靠。然而，粘土，氧化烯烃，蒙乙烯和钼常用于膜中的二硫化锰纳米材料倾向于在水中塌陷和崩解。

虽然最近由氮化硼制成的纳米片已经证明，但随着温度上升并且不容易与其他物质反应，剩下稳定，而不是容易与其他物质反应，仅由氮化硼制成的膜不足以承受长时间的耐受水，迅速开始泄漏离子开发显微镜裂缝。

“廉价的部件和膜长寿使海洋能源逼真。” - 丹刘

“新的硼氮化物复合膜具有新颖且稳健的性质将解决这一问题，即现在有很大的需求，”澳大利亚该项目的主要科学家魏伟·雷斯说，德克林大学的前沿材料研究所（ IFM）。

“渗透能量代表了人类的巨大资源，但其实施受到高性能离子选择性膜的可用性的严重限制，”密歇根大学工程教授，美国领导科学家Nicholas Kotov说。

雷，科托夫及其同事们通过转向生物的组织作为蓝图来解决这个问题，观察到许多不同品种的高性能离子选择性膜需要促进其体内的生物反应。他们注意到，虽然软组织，如软骨，肾膜膜和基底膜，但允许离子轻松通过，而它们是弱和脆弱的。相比之下，骨骼特别强烈和僵硬，但没有有效的离子运输。

“我们发现了一种”结婚“这两种材料的方法，同时使用芳族纳米纤维，使得使柔性纤维材料类似于软骨和氮化物，使血小板类似于骨骼，”Kotov说。

“我们的生物启发的纳米复合材料膜具有诸如高稳健性等优点，并且更容易制造和提供比由单一材料制成的膜更容易制造和提供更大的多功能性，”Lei说。

研究人员使用层 - 逐层构成混合膜，一种用于重建层状复合材料的方法，该复合材料适用于水技术。它们将压力施加到氯化钠溶液中的亚氨基硼氮化物膜的一个储存器，观察其电流并与其他纳米材料膜相比，发现其通道的狭窄允许它比其他多孔更好地吸收钠阳离子和脱氯阴离子复合材料。Lei，Kotov和同事们还反复将氯化钠中的膜漂流20周期，以监测其稳定性，发现它在200小时后继续发挥作用。

“我们的新型复合膜在0至95摄氏度的温度下具有可调节的厚度和高稳定性，并且在pH值为2.8至10.8时，”Lei说。

“廉价的部件和膜长寿使海洋能源逼真，”纸的主要作者丹刘说，也在迪克林IFM。

总之，研究人员得出结论，芳纶氮化硼膜非常适合承受各种条件，它们期望它在产生渗透能量的同时遇到。他们还认为该技术具有高度可扩展性，特别是因为其两种组件都是便宜的。芳族纳米纤维甚至可以从废弃的Kevlar织物收集。

“这些是迄今为止已知的最好的表现膜，”科托夫说。“但是，它们尚未完全优化。甚至可能获得更好的性能。“

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参考：“生物启发纳米复合膜进行渗透能量收获”，郑辰，丹刘，李鹤，思勤，吉明王，何塞尔提托·罗阿拉尔，尼古拉斯A. Kotov和Weiwei Lei，2019年12月18日，joule.doi：
10.1016 / J.Joule.2019.11.010

这项工作主要由澳大利亚研究委员会发现计划和澳大利亚研究委员会发现早期生涯提供支持。作者宣称没有利益冲突。