近日，南京航空航天大學納米科學研究所所長郭萬林教授及其團隊利用石墨烯二維原子晶體的優(yōu)異性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)石墨烯與流體界面耦合時產(chǎn)生電勢的新動電效應。他們稱其為“波動勢”，并展示了利用這種效應產(chǎn)生電能的技術。該研究突破了人們兩百多年以來對固液界面經(jīng)典動電理論的傳統(tǒng)認識，為將石墨烯二維材料推向日常應用創(chuàng)造了新的空間。相關研究論文發(fā)表在5月6日的《自然?通訊》雜志上。

      與經(jīng)典動電理論強調(diào)的壓力差不同，郭萬林和他的團隊在實驗中發(fā)現(xiàn)，即使在常壓下，當海水等普通含有離子的液體表面沿石墨烯表面運動時，也會在石墨烯中產(chǎn)生沿液面運動方向的電壓。研究者將一片和尺子大?。?0平方厘米）的石墨烯薄片插入常見的離子溶液時，可以產(chǎn)生大約0.1伏的電壓或10微安的電流。

      郭萬林介紹，實驗中產(chǎn)生電力的關鍵是在石墨烯浸入的過程中穿越氣液界面，引起液面處雙電層邊界沿石墨烯的移動。這個雙電層的運動的邊界誘發(fā)石墨烯中的電荷轉(zhuǎn)移，相當于一個局部的發(fā)電機，在液體下方的石墨烯中產(chǎn)生所謂的波動勢。產(chǎn)生的電壓和液面沿石墨烯表面運動的速度以及石墨烯插入水中的長度成正比，但隨著石墨烯層數(shù)的增加電壓顯著降低，這表明單原子層的石墨烯對形成波動勢的重要性。

      該研究發(fā)現(xiàn)石墨烯中的波動勢是一種新的動電效應，雙電層動邊界的理論突破了經(jīng)典動電理論。這一研究發(fā)現(xiàn)開啟了以石墨烯為基礎的海水發(fā)電、傳感和新型的表面電化學參量測量等新技術的大門。