能量收集变成有机的：自组装肽用于发电

时间：2022-05-05 15:25:05 来源：

自组装的肽在比对后显示出巨大的发电前景。

能够将机械能转化为电能的纳米发电机通常由金属氧化物和铅基钙钛矿制成。但是这些无机材料不具有生物相容性，因此正在争创用于能量收集，电子传感以及刺激神经和肌肉的天然生物相容性压电材料。

都柏林大学学院和得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员决定探索基于肽的纳米管，因为它们将成为在电子设备内使用和能量收集应用的诱人选择。

在AIP出版的《应用物理杂志》中，该小组报告了结合使用紫外线和臭氧来产生可湿性差异和施加电场，以在具有互锁电极的柔性基板上产生纳米管的水平排列极化。

一组研究人员研究了基于肽的纳米管，并在《应用物理学杂志》上报道了使用紫外线和臭氧的组合产生润湿性差异和施加电场以在具有互锁电极的柔性基板上产生纳米管水平排列的极化的方法。。这项工作将使有机材料的使用更加广泛。此图像显示了互锁电极基材上肽纳米管的光学（a-c）和横向压电响应力显微镜（LPFM）相图（d-f）：（a，d）没有对齐，（b，e）使用电场和UV /臭氧两者对齐，（c，f）使用PNTs和石墨烯氧化物（GO）使用电场和UV /臭氧对齐。

都柏林大学的首席作者，博士后研究员Sawsan Almohammed说：“基于肽的材料的压电特性使它们特别适合能量收集，因为对其进行挤压或弯曲会产生电荷。”

对有机材料代替无机材料的需求也越来越大，因为无机材料往往有毒且难以制造。

她说：“基于肽的材料是有机的，易于制造，并且具有很强的化学和物理稳定性。”

在该小组的研究方法中，纳米管的物理排列是通过将可湿性差异图案化到柔性基板的表面上来实现的。这产生化学力，该化学力将肽纳米管溶液从具有高接触角的疏水性区域排斥，从而排斥具有高接触角的水到具有低接触角的亲水性区域，该亲水性区域吸引了水。

研究人员不仅改善了管的对齐方式（这对于能量收集应用至关重要），而且他们还通过使用氧化石墨烯制成复合结构来提高了管的导电性。

“众所周知，当两种具有不同功函数的材料相互接触时，电荷会从低功函数流向高功函数，” Almohammed说。“我们工作的主要新颖之处在于，通过电场和可湿性辅助的自组装控制纳米管的水平排列可以改善电流和电压输出，并且通过掺入氧化石墨烯可以实现进一步的增强。”

该小组的工作将使有机材料，尤其是基于肽的有机材料能够在电子设备，传感器和能量收集应用中得到更广泛的应用，因为肽纳米管的两个关键限制（排列和导电性）已得到改善。

“我们还在探索弯曲和电场应用中的电荷转移过程如何增强基于拉曼光谱的分子检测，” Almohammed说。“我们希望可以将这两项努力结合在一起，以创建具有广泛应用的自激式生物传感器，包括生物和环境监测，高对比度成像和高效发光二极管。”

参考：Sawsan Almohammed，Abi Thampi，Arwa Bazaid，Fengyuan Zhang，Salvador Moreno，Kevin Keogh，Majid Minary-Jolandan，James H. Rice的“通过电场和润湿性辅助自组装制备的肽纳米管-氧化石墨烯柔性基板的能量收集”和Brian J.Rodriguez，2020年9月15日，应用物理学杂志。DOI：
10.1063/5.0017899

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