研究院周国富教授团队在《Physical Review Letters》和《Advanced Materials》期刊发表重要研究成果

2020-08-27 15:12:22 来源：点击：

研究院周国富教授团队在《Physical Review Letters》和《Advanced Materials》期刊发表重要研究成果

（华南先进光电子研究院 供稿）

近日，我校华南先进光电子研究院、国家绿色光电子国际联合研究中心周国富教授团队将电润湿辅助电荷注入技术应用于电响应智能材料和器件中，在电润湿显示与新能源的交叉学科领域取得重大突破。其系列研究成果分别发表在材料学顶级期刊《Advanced Materials》（IF: 27.398)和物理学顶级权威期刊《Physical Review Letters》（IF: 8.385)上。其中，发表于《Advanced Materials》的文章被选为封面文章。发表于《Physical Review Letters》的文章获得编辑推荐（PRL Editors' Suggestion）在期刊主页上高亮展示，同时入选《Nature》期刊Research Highlights，在《Nature》期刊上专题报道。以上两篇文第一作者和通讯作者章均为我校与荷兰特温特大学合作培养双学位博士研究生吴昊，周国富教授（导师）、特温特大学Frieder Mugele教授为共同通讯作者。

随着全球变暖和能源危机问题的日益严峻，探索和开发绿色能源成为亟待解决的问题。水能源作为一种绿色清洁能源，引起了学者们的广泛关注。基于纳米发电机的水滴发电是近年提出的一种新型发电方式，该技术突破了传统水利发电中只能通过较高机械能的中高频水体进行发电的瓶颈。但现有水滴发电技术仍存在摩擦起电所产生的电荷不稳定，以及发电效率较低等问题。同时，表面电荷的不稳定性也导致难以对其机理进行定量分析，在水滴发电领域仍缺乏量化的理论模型。

针对以上问题，在实际应用方面，周国富教授团队提出了一种基于表面俘获电荷的新型纳米发电机（CTEG），其俘获电荷由改进的电润湿辅助电荷注入方法制造。由于CTEG 具有密度高且稳定的表面电荷，通过一滴水产生的瞬时电流可以达到2 毫安（以往相关研究是纳安或微安级别），发电效率达到11% 以上（以往研究最高数值2.2%）。该CTEG器件性能稳定，在室温条件下间断测试100天没有功能减退迹象。该研究成果在绿色能源领域有巨大的应用前景，以《Charge Trapping-Based Electricity Generator (CTEG): An Ultra-Robust and High Efficiency Nanogenerator for Energy Harvesting from Water Droplets》为题发表在《Advanced Materials》期刊上并被选为封面文章（文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001699，封面文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202070249）。

图1. 基于电荷俘获的纳米发电机（CTEG）性能优异 (《Advanced Materials》文章摘取）

图2. 文章作为《Advanced Materials》封面文章展示

文中所用到的电润湿辅助的电荷注入方法，是周国富团队研究人员在进行电润湿器件可靠性的相关的研究时发现的，通过该方法制造的表面电荷密度高，且可以长期被俘获在膜层表面。该研究成果也于今年发表在期刊《Small》上（文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201905726）。

在理论研究方面，借助同步的高速摄像以及电学测试技术，周国富教授团队成员对液滴撞击固体表面而产生电流的过程进行了深入分析。通过系统性地改变液滴高度、位置等撞击参数以及电荷密度、外接电阻等电学参数，建立并验证了水滴发电的物理模型。这一模型可以对液滴发电行为进行无拟合参数的定量描述和预测。该工作的前瞻性在于，基于理论模型提出了用纳米发电机进行水滴能量采集的定标法则，对今后用于水滴发电的多种纳米发电机的优化起到了理论指导作用。该成果以《Energy harvesting from drops impacting onto charged surfaces》为题发表在《Physical Review Letters》期刊上，得到PRL编辑推荐（PRL Editors' Suggestion），被高亮展示在期刊主页上。文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.078301

另外，8月21日世界顶级学术期刊《Nature》在其“研究亮点”栏目对该成果进行专文报道，题目为：Electricity is achieved drop by drop。（Research Highlight链接：https://www.nature.com/articles/d41586-020-02413-2）。

图3. 基于水滴发电物理模型的理论计算值与实际测量值完美吻合 (《Physical Review Letters》文章摘取）

图4. 文章得到PRL Editors' Suggestion

图5. 文章获《Nature》Highlight

国家绿色光电子国际联合研究中心主任、国家重点研究发计划首席科学家、华南先进光电子研究院院长周国富教授是以上论文的第一作者吴昊博士的指导老师。吴昊博士是我校基于国家绿色光电子国际联合研究中心平台与荷兰特温特大学合作培养的双学位博士，其已取得荷兰特温特大学博士学位，同时也是我校推荐的广东省优秀博士研究生。吴昊博士在周国富教授和荷兰特温特大学Frieder Mugele教授的指导下，博士研究生期间以第一作者身份发表包括《Physical Review Letters》、《Advanced Materials》、《Small》和《ACS Applied Nano Materials》在内的SCI论文7篇并被多家媒体报道（链接附后），申请国家发明专利7项。以上成果的取得是我校“国家绿色光电子国际联合研究中心” 和广东省光信息材料与技术重点实验室平台建设、人才国际化联合培养模式的成功实践，是我校深入落实国家创新驱动发展战略、充分发挥科技创新对学校发展的支撑引领作用，建立一流科研平台，提高国际化程度以及建设世界一流高水平大学工作的体现。

以上研究工作得到了国家重点研发计划项目（2016YFB0401500）、教育部“长江学者和创新团队发展计划”资助滚动支持（IRT_17R40）和广东省“特支计划”本土创新创业团队（2019BT02C241）的资助。

研究院周国富教授团队在《Physical Review Letters》和《Advanced Materials》期刊发表重要研究成果

2020-08-27 15:12:22 来源： 点击：

2020-08-27 15:12:22 来源：点击：