基于动态极化水-半导体界面的直流电产生
应用物理
2022-04-07 v2
摘要
液体发电机与水伏技术备受关注，可分为水平运动发电机和垂直运动发电机。水平运动发电机因电流输出方向取决于水滴运动方向，难以实现持续、连续的直流（DC）电输出，从而限制了其为集成化、微型化能源芯片供电的应用。另一方面，现有的垂直运动发电机包括摩擦电或基于湿度梯度的液体发电机，必须持续供给液体或水资源以确保连续电流输出。在此，我们通过将水滴夹在半导体与金属（如石墨烯或铝）之间，设计了一种可集成的垂直发电机。该发电机名为极化液态分子发电机（PLMG），通过动态水-半导体界面直接将水滴的横向动能转化为直流电，输出电压高达约 1.0 V。PLMG 的基本发现与液体分子（如水和醇类）的非对称结构有关，这些分子可在由金属与半导体间费米能级差引起的内建场引导下发生极化，而对称液体分子则相反，无法产生任何电能。我们展示了具有约 90 nW 大输出功率和约 2.7 V 电压的可集成 PLMG，同时其约 250 千欧姆的小内阻在与电子元件阻抗进行电阻匹配时具有巨大优势。经过适当的小型化与集成后，PLMG 在物联网领域展现出潜在的应用价值。
引用
@article{arxiv.2007.04556,
title = {DC electricity generation from dynamic polarized water-semiconductor interface},
author = {Yanfei Yan and Xu Zhou and Sirui Feng and Yanghua Lu and Jianhao Qian and Panpan Zhang and Xutao Yu and Yujie Zheng and Fengchao Wang and Kaihui Liu and Shisheng Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.04556},
year = {2022}
}