滲透能
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-22
滲透能的實例教程
化石燃料的枯竭帶來環(huán)境污染、資源短缺等問題，海水和河水的鹽度差之間存在的滲透能作為新型清潔能源引起人們的廣泛研究。非對稱膜在鹽差發(fā)電中存在著明顯的優(yōu)勢，然而傳統(tǒng)非對稱膜通常由兩種或多種材料復合而成，存在界面的離子輸運阻力大、離子輸運效率低以及界面粘結強度差的問題。此外，現(xiàn)有的膜基RED發(fā)電機功率密度隨測試面積增大顯著降低，該未知的功率密度衰減機制限制了其大規(guī)模的實際應用。
針對上述缺點，在江雷院士指導下，青島大學隋坤艷教授團隊以殼聚糖和海藻酸鈉等多種可再生降解天然多糖聚電解質(zhì)為原料設計出具有連續(xù)梯度的非對稱水凝膠膜。梯度分布的負電荷不僅可以避免傳統(tǒng)非對稱膜的分層風險，而且繼承了非對稱膜的離子二極管效應。此外該梯度薄膜還具有良好的陽離子選擇性和超高的離子電導率。因此，當混合海水與河水時，該膜基發(fā)電系統(tǒng)的功率密度高達7.87 W/m2，優(yōu)于已報道的膜基滲透能轉換系統(tǒng)。更重要的是，作者還首次揭示了其功率密度隨測試面積增大而減小的原因是由測試設備過大的電阻造成的，并從理論和實際進行了優(yōu)化。該研究可以同時從材料與裝置設計角度為高性能RED發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)提供理論和實踐指導。
【梯度聚電解質(zhì)水凝膠膜的制備與表征】
【離子跨膜傳輸特性】
【不同條件下的滲透能轉換行為】
【混合海水與河水時的滲透能轉換行為】
該項工作的通訊作者為隋坤艷教授、范汶鑫副教授和隨欣教授，第一作者為青島大學碩士研究生邊國帥，青島大學為通訊單位。
展開 【摘要】
新興的由兩種不同多孔膜組成的不對稱離子膜在收集清潔和可再生滲透能方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。限制其應用的主要障礙是界面不兼容和界面離子傳輸效率低，不利于長期穩(wěn)定性和功率密度的提高。
最近，中國科學院理化技術研究所江雷院士，青島大學隨欣教授/范汶鑫副教授/隋坤艷教授科研大團隊，共同通過超快反應擴散法制備的連續(xù)梯度全多糖聚電解質(zhì)水凝膠膜已被證明能夠實現(xiàn)高性能的滲透能轉換。除了固有的高離子電導率和優(yōu)異的離子選擇性外，抗溶脹梯度聚電解質(zhì)膜保留了非對稱膜的離子二極管效應，以促進單向離子擴散，但避免了它們不利的界面效應。因此，基于梯度聚電解質(zhì)膜的發(fā)電機可以通過混合海水和河水呈現(xiàn) 7.87 W/m2 的超高功率密度，遠遠優(yōu)于最先進的膜。本研究中的設計策略可以為構建用于滲透能收集的高性能膜提供新的見解。相關論文以題為Anti-swelling gradient polyelectrolyte hydrogel membranes as high-performance osmotic energy generators發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》上。第一作者是青島大學碩士研究生邊國帥同學。
【主圖導讀】
【梯度聚電解質(zhì)水凝膠膜的制備與表征】
圖 1. 梯度全多糖聚電解質(zhì)水凝膠膜滲透發(fā)電機示意圖。(a)多糖聚電解質(zhì)的材料資源和分子結構、所得水凝膠膜的梯度結構和滲透能收集過程的示意圖。(b 和 c) 梯度 CS/SA 水凝膠膜的橫截面 SEM 圖像 (b) 和 CLSM 圖像 (c)。
【離子跨膜傳輸特性】
圖 2. 跨膜離子傳輸特性。(a) 梯度 CS/SA 膜的離子電導與鹽濃度的關系。
展開 海水和河水之間的滲透壓差是一種很有前景的可再生能源，當前的滲透能轉換過程功率輸出十分有限，主要是沒有專門用于滲透能轉換的高性能的離子選擇性透過膜。具有可控離子傳輸行為的納米流體通道能夠實現(xiàn)高性能的反向電滲析，促進對可再生滲透能的高效捕獲。
納米流體通道用于滲透能轉換
近日，中科院理化所仿生智能界面科學中心江雷院士、聞利平研究員團隊系統(tǒng)地總結了基于納流體的滲透能量轉換技術：詳細講述了該領域的發(fā)展歷史，比較了納米流體通道膜相對于商業(yè)離子交換膜在結構和功能上的優(yōu)點；介紹了兩種典型的滲透能量轉換裝置，并從熱力學分析了其能量轉換過程以及電解質(zhì)種類的影響；從有無表面可離子化基團的角度，講述了材料在水中的若干種典型帶電機制，并進一步介紹了可以實現(xiàn)高性能滲透能量轉換的若干先進膜結構，即離子二極管膜、具有三維界面膜、插層膜、多層膜、離子電纜膜以及界面生長膜；闡述了可以有效降低膜阻抗，促進滲透能量轉換的幾種典型策略；介紹了與納米流體膜相關的其他能量轉換體系，即光電轉換、液壓電轉換、熱電轉換和熱滲透能量轉換；反向電滲析膜堆由多層的陽離子/陰離子選擇性膜以及濃縮/稀釋的電解質(zhì)溶液構成。研究人員進一步介紹了傳統(tǒng)離子交換膜反向電滲析膜堆與其他技術的耦合聯(lián)用，如脫鹽、電化學水裂解、光電化學水裂解、微生物電解池和微生物燃料電池等，可能會為這些技術帶來革命；最后，從基礎和應用的角度分別對該領域進行了展望。
相關綜述論文以Nanofluidics for osmotic energy conversion為題發(fā)表于Nature Reviews Materials上。
展開 這些值是可以實現(xiàn)的，這表明
該
膜在滲透能轉換中的巨大潛力。
相關論文以題為
Improved Ion Transport in Hydrogel-Based Nanofluidics for Osmotic Energy Conversion
發(fā)表在《
ACS
Central Science
》上。
【主圖導讀】
圖
1.基于水凝膠混合膜的滲透壓發(fā)電器的示意圖。
（a）得益于空間電荷的水凝膠雜化膜的優(yōu)異陽離子選擇性的示意圖。如圖所示的滲透發(fā)電機可以將鹽度梯度轉換為電能。（b）水凝膠雜化膜的制造過程。（i）將前體溶液倒在PC膜上。（ii）前體溶液充滿了通道的空間。（iii）多余的
溶液被移除
。（iv）通過UV輻射制備水凝膠。（c）水凝膠雜化膜的優(yōu)異機械性能
。
圖
2.水凝膠雜化膜的離子傳輸特性。
（a）15％AAc / m膜的離子電導率與濃度的關系，顯示出受電荷控制的離子傳輸。（b）羅丹明6G（Rh（+），方形符號）和磺基羅丹明（Rh（-），圓形符號）的滲透率曲線，表明15％AAc/m膜具有出色的陽離子選擇性。（c）兩種模型的陰離子濃度曲線的模擬結果表明，帶空間電荷的通道離子選擇性提高。
圖
3.使用水凝膠雜化膜可顯著改善滲透能轉換。
（a）鹽度梯度為50倍時，PC膜和15％AAc/m膜的開路電壓和短路電流。插圖是他們的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。（b）鹽度梯度為50倍時PC和15％AAc/m膜的電流密度和功率密度。（c）統(tǒng)計功率密度隨AAc含量的增加而增加。（d）表面帶電納米通道和空間帶電納米通道的計算輸出功率。
圖
4水凝膠混合膜的機械性能。
展開 電力通過常見的咸淡水滲透現(xiàn)象而產(chǎn)生。能源公司Statkraft負責人Skilhagen表示，“全球對綠色能源的需求十分迫切，而滲透能就是很好的資源。咸淡水通過滲透產(chǎn)生電能，環(huán)?？稍偕?。”
Statkraft的發(fā)電廠從附近地區(qū)抽取咸淡水，分別注入兩個由滲透薄膜隔開的水箱。此時淡水會向咸水滲透，咸水一側產(chǎn)生滲透能，發(fā)電輪機因而啟動。滲透能每年可產(chǎn)生大約1700兆瓦時電量，這一數(shù)值是目前歐盟各國總耗電量的一半。
人腦AI
人工智能誕生之初，科學家曾預言未來計算機在處理指令時，能像人類一樣進行思考。神經(jīng)網(wǎng)絡便是受動物大腦的神經(jīng)系統(tǒng)啟發(fā)而發(fā)明的。如今，研究人員對神經(jīng)網(wǎng)絡加以改造，大膽地將人腦與計算機“合二為一”。位于美國加州的初創(chuàng)公司Koniku，正在研究將動物神經(jīng)元加載到硅片上，研發(fā)相應的計算機芯片。
該企業(yè)創(chuàng)始人，尼日利亞神經(jīng)科學家，生物工程師Oshiorenoya Agabi曾說過：“生物學是技術之靈。所有深度學習網(wǎng)絡的設計目的都是仿效大腦的思考模式。”Agabi表示他的團隊試圖研究如何向神經(jīng)元傳達指令完成具體的任務，如機場炸彈探測。他們會將設備放置在機場周圍不起眼的角落，相信能緩解日常機場安檢的壓力。
Koniku研制的設備能探測出揮發(fā)性物質(zhì)，因此還能應用于醫(yī)學領域，識別人體指標分子的變化，“嗅出”疾病。它用一個碟狀裝置控制神經(jīng)元間的信息交流，內(nèi)置的電極可以讓使用者讀取儀器數(shù)據(jù)，甚至向神經(jīng)元寫入新信息。
“未來將是合成生物學的世紀，今天的一切都是為此而做的鋪墊，而人腦AI將會成為機器人的設計方向?！盇gabi表示。
能量網(wǎng)格群邏輯
蜜蜂是大自然的一個奇跡。它們不需任何指令，僅憑在蜂巢的位置以及周圍蜜蜂的工作，就能清楚自己的職責。
智能能源管理公司Encycle借鑒蜜蜂內(nèi)部去中心化的群邏輯，提高能量網(wǎng)格效率。
展開 
滲透能的相關專題、標簽、搜索
滲透能的最新內(nèi)容
磨床專用切削液配方中添加了高效滲透劑和分散劑，能快速滲透到砂輪與工件的接觸縫隙，將細磨屑從磨削面剝離，同時通過液體的沖刷力將磨屑帶走并分散在切削液中，防止其沉降吸附，保持磨削區(qū)域和設備的清潔，保障磨床加工的精密性。
磨床專用切削液兼顧溫和潤滑與砂輪保護，實現(xiàn)加工順滑性與砂輪壽命的雙重保障。
切削液在金屬加工中的核心作用解析2個月前
切削液具備良好的滲透和沖刷能力，能快速滲透到刀具與工件的切削面，將產(chǎn)生的切屑、磨屑及時剝離并沖刷帶走，保持加工區(qū)域和刀具、工件表面的清潔，同時能防止雜質(zhì)在設備部件上堆積，減少設備故障風險。 防銹作用能有效保護工件和加工設備，避免金屬銹蝕。金屬工件加工后表面會形成新鮮的金屬切面，設備的金屬加工部件也長期暴露在加工環(huán)境中，若接觸空氣和水分，極易發(fā)生氧化銹蝕，導致工件報廢、設備精度下降。
切削液廢水的科學處理方法解析2個月前
常用的深度處理工藝有活性炭吸附、膜分離等，活性炭吸附可去除廢水中殘留的微量有機物、色度和異味；膜分離技術（如超濾、反滲透）則能精準過濾廢水中的微小污染物，實現(xiàn)水質(zhì)的深度凈化。
處理后的廢水需經(jīng)過水質(zhì)檢測，各項指標（如 COD、氨氮、磷、石油類）達標后，方可排放或進行中水回用，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。
目前，大尺寸彩色電子紙已在戶外廣告、文物展陳、交通指示、公共導覽等場景快速滲透。它既能呈現(xiàn)細膩色彩，又支持內(nèi)容動態(tài)更新，視覺類紙舒適，同時避免光污染，正精準契合全球對可持續(xù)顯示方案的迫切需求。
深耕廿余 載DKE迎接產(chǎn)業(yè)機遇
產(chǎn)業(yè)風口的背后，是堅實的技術積淀與產(chǎn)能布局。
它們非常細致，有球的形狀，非?；顫?，因而能滲透到一切物體之中。這個觀念，把人們引向“熱質(zhì)說”。
波義耳也動搖于熱的運動說和熱質(zhì)說之間。在考察放在真空容器中的一塊熾熱的鐵可以使器壁感受到熱的現(xiàn)象時，他認為這似乎只能用“熱”自己傳過來加以解釋。波爾哈夫認為，熱的本源是鉆在物體細孔中的、具有高度可產(chǎn)塑性和貫穿性的物質(zhì)粒子，它們沒有重量，彼此間有排斥性，而且彌漫于全宇宙。
潤滑作用：切削液能滲透到工件與刀具之間，使切屑與刀具之間的微小間隙中形成一層薄薄的吸附膜，減小了摩擦系數(shù)，因此可減少刀具切屑與工件之間的摩擦，使切削 力和切削熱降低，減少刀具的磨損并能提高工件的表面質(zhì)量，對于精加工，潤滑尤其重要。
清洗作用：清洗過程中產(chǎn)生的微小的切屑易粘附在工件和刀具上，尤其是鉆深孔和絞孔時，切屑容易堵塞在容屑槽中，影響工件的表面粗糙度和刀具的使用壽命。
潤滑作用：切削液能滲透到工件與刀具之間，使切屑與刀具之間的微小間隙中形成一層薄薄的吸附膜，減小了摩擦系數(shù)，因此可減少刀具切屑與工件之間的摩擦，使切削 力和切削熱降低，減少刀具的磨損并能提高工件的表面質(zhì)量，對于精加工，潤滑尤其重要。
清洗作用：清洗過程中產(chǎn)生的微小的切屑易粘附在工件和刀具上，尤其是鉆深孔和絞孔時，切屑容易堵塞在容屑槽中，影響工件的表面粗糙度和刀具的使用壽命。
潤滑作用：切削液能滲透到工件與刀具之間，使切屑與刀具之間的微小間隙中形成一層薄薄的吸附膜，減小了摩擦系數(shù)，因此可減少刀具切屑與工件之間的摩擦，使切削 力和切削熱降低，減少刀具的磨損并能提高工件的表面質(zhì)量，對于精加工，潤滑尤其重要。
清洗作用：清洗過程中產(chǎn)生的微小的切屑易粘附在工件和刀具上，尤其是鉆深孔和絞孔時，切屑容易堵塞在容屑槽中，影響工件的表面粗糙度和刀具的使用壽命。
潤滑作用：切削液能滲透到工件與刀具之間，使切屑與刀具之間的微小間隙中形成一層薄薄的吸附膜，減小了摩擦系數(shù)，因此可減少刀具切屑與工件之間的摩擦，使切削 力和切削熱降低，減少刀具的磨損并能提高工件的表面質(zhì)量，對于精加工，潤滑尤其重要。
清洗作用：清洗過程中產(chǎn)生的微小的切屑易粘附在工件和刀具上，尤其是鉆深孔和絞孔時，切屑容易堵塞在容屑槽中，影響工件的表面粗糙度和刀具的使用壽命。
使用達克羅工藝后的產(chǎn)品有非常好的抗沖擊性能，所以達克羅工藝非常適合那些受力部件，這是因為達克羅滲透性好，能將表面鍍層與產(chǎn)品很好的結合在一起。
與有些傳統(tǒng)電鍍工藝不同，達克羅在生產(chǎn)過程污染較小，所以部分高污染的表面處理工藝正逐漸被達克羅所取代。
雖然說達克羅有著諸多的優(yōu)點，但同時也有一些不足之處。
