表面张力驱动的电荷分离实现能量转换

本文评估了在受表面张力梯度作用的自由表面电解液流动中，由剪切诱导的电动流动电势。首先，针对具有完全解析双电层（EDL）的库埃特流，分析了单位表面应力的流动电势随德拜参数和表面电势的变化。与压力驱动通道流中的斯莫鲁霍夫斯基极限相反，除非自由表面含有（诱导）表面电荷，或带电固体壁面处的流动允许滑移，否则剪切诱导的流动电势会随着德拜参数增大（双电层无限薄）而消失。其次，提出了一种表面张力诱导流动的技术实现方案，其中表面应力作用于微结构超疏水壁面的自由（滑移）表面上。针对滑移参数和表面电荷分析了流动电势。最后，假设表面张力随温度（热毛细效应）或表面活性剂浓度（蒸馏毛细效应）变化。推导了最大热效率，并与卡诺效率进行了比较。对于大的热马兰戈尼数，效率受到水性溶剂大热容的严重限制。相比之下，蒸馏毛细流动可达到与压力驱动流相似的转换效率。