- 文献综述（或调研报告）：
- 动电理论的发展历程
早在50多年前，Osterle1小组、Burgreen和Nakache便提出了基于动电效应的能量转换系统的概念。然而，在相当长的时间内，并未引起人们的足够重视。直到20 世纪，在能源危机的驱动下，人们迫切地需要寻求清洁的新能源以及高效的能量转换系统，使得基于动电效应的微/纳流体器件的能量转换体系方面的研究越来越多。纳米流体发电体系具有结构简单等优势: 仅需要一个表面带电的纳米尺度的孔道，电解质溶液及压力梯度便能实现动能与电能之间的转换，而不像传统发电方式一样把大量能量消耗于驱动大型机械转动部件中。自2000 年以来，科研人员相继在该领域开展了系列研究工作，取得了重要研究成果，这为推动基于动电效应的能量转换系统的实际应用奠定了基础。
Yang3等于2003年首次提出了基于动电流和动电势的纳米流体电池的概念，他们利用多孔玻璃过滤膜获得了1~2mu;A 的电流，能量转换效率为0.01%。2004年，Daiguji等在理论上探究了高30nm、长5mu;m 带电纳米通道内的离子运输，认为能量转换效率是离子浓度的函数。当电荷密度为-5 mC/m2时，能量转换效率最大能达到4%。2005年，Van der Heyden 等对通道高度仅为70nm的矩形 SiO2纳米通道中的动电流进行了研究。实验结果表明，动电流与施加压力成正比。此外，他们还发现当双电层叠加时，能量转换效率最大。
2006年，Daiguji2等通过使用连续动力理论计算出了纳米流体电池的效率。实验结果表明，在最高能量转换效率下，本体离子浓度依赖于通道高度和表面电荷密度。同年，Van der Heyden4等就通道尺寸、表面电荷密度以及反离子类型对动电能转换效率的影响进行了理论分析。他们根据两端流体装置的线性动电响应特性，推导出能量转换效率的表达式。基于泊松-玻尔兹曼(Poisson-Boltzmann，PB) 方程描述的静电学以及纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程对流体的描述，计算出了狭缝状纳米通道的动电特性。他们预测，较低的盐浓度有利于获得较高的能量转换效率。若进一步优化动电能转换器件的相关条件参数，能量转换效率可达12%。
2010年，Chein等利用带电的纳米尺度的毛细管，依据电解质类型对动电能量转换的影响进行了理论分析。研究表明，表面电荷密度、电解质浓度及离子价态是影响动电能转换效率的重要参数。当毛细管带正电时，对于1-1 型电解液(KCl)、2-1 型电解液(CaCl2)、3-1 型电解液(LaCl3) ，动电能转换性能(最大效率、上升压力和流动电位)大致相同。2014年，Chanda5等对软纳米通道中的动电势和电黏性效应进行了研究。他们将软纳米通道与刚性纳米通道的结果进行对比，发现软纳米通道的电化学能量转换效率比刚性纳米通道高几倍。
2016年，Arki等通过理论预测到短通道效应会使纳米孔道中的离子运输行为与提出了一种基于动电流和动电势的动电传感器/变换器，它可用于检测化学品、药物或生物标记物的吸收。虽然这种无电源传感器动电能转换效率并不高，但仍能与现有的能量收集方法的能量转换效率相当。Zhang7等通过理论预测到短通道效应会使纳米孔道中的离子运输行为与纳米通道中明显不同。他们系统地研究了电阻、流体阻抗及流动电导这些表征纳米孔道动电转换效率 的重要参数。结果表明，在适当的电解质浓度下，动电能转换效率将进一步提高，同时纳米孔道边缘形 状也是一个影响因素。他们预测，通过采用光滑的孔壁，在高盐浓度下，能量转换效率将达到9%。
- 自发液流产电的研究现状
基于动电效应6，人们探索将各种能量转化为电能。这些微发电装置有着不同的工作原理，包括蒸发驱动发电、材料吸水性不同造成的自发液流发电和重力驱动发电等。
蒸发驱动发电的电流是由毛细通道内的液体电解质流动产生的，它是由沿流动方向积累的离子产生的流动电位所形成。 这一经典的动电现象已为人所知多年，在胶体科学中主要用于测量zeta电位。 它还通过迫使流体动力通过毛细管通道，激发了机械动力向电力的转换，这是1964年由Osterle开创的。近年来，这一方法被推广到发电领域，将流动电流和电位现象与毛细通道中由蒸发引起的自发水流相耦合，从而产生了非对称润湿毛细装置的发电。 这些研究证明了在简单设备中利用水蒸发来发电是一种很好的方法。2019年，Tae Gwang Yun9等构建了一个利用几滴水发电的蒸腾驱动电动发电机(TEPG)。将水(0.25mL)滴在TEPG的一侧(TEPG由涂有碳黑的亲水棉织物组成)上，在装置的湿侧和干侧两个电极之间产生电压和电流。因此，产生的电力大约可维持4000秒，这是水滴蒸发的时间。湿侧的电位低于干侧，电流通过外部电路从湿侧流向干侧。电压大部分时间保持相当稳定，而电流在运行过程中由于TEPG电阻的变化而变化。在操作过程中，设备逐渐水化，内阻增大，电流减小。当水滴蒸发时，电阻减小到初始值。由于质子在碳/液界面的吸附作用，TEPG装置的湿侧与干侧之间存在电势差。电势差是由湿碳涂层织物表面的电荷密度决定的，电势差不是通过器件的干、湿区连接来减小的，因为电容是通过在湿区形成双电层产生的。非极性和极性非质子液体缺乏离子;因此，碳表面不能吸附任何离子。只有能离解质子的极性质子液体才会产生电压。具有高介电常数的极性质子液体分离出更多的质子。由于电荷密度和介电常数都会影响电压，他们根据液体的解离常数和介电常数之比来比较不同极性质子液体产生的电压。尽管水具有最高的介电常数，但它比其他被检测的液体含有更多的离子，这有助于电荷密度，从而产生最高的Voc。
另一种可行的微发电机则是利用材料吸水性的不同。而材料吸水性不同的原因，又可分为材料内部官能团梯度不同和材料两端吸水性不同。
2018年，Sisi He等设计了一种碳基化电转换装置。这种装置是利用碳纳米管纱线制成，纱线具有不同表面极化程度，其中的氧含量是通过氧等离子体处理来调节的。当纳米管纱线与静止的纯水接触时，通过释放纳米管纱线中的化学能来产生电能。选择碳纳米管作为模型材料，是因为碳纳米管和石墨烯等sp2杂化碳体系是发电中常用的电极材料。单个水分子有偶极矩，但在液体中水分子是随机排列的，所以平均体积电荷是电中性的。然而，如果水偶极子可以在电极表面定向排列，正电荷和负电荷可能被分离，从而可能导致电荷转移。由于氧调制的sp2杂化碳体系表现出强烈的极化，会影响水分子的排列，因此他们提出，氧诱导极化电极可以使电荷在任意水源(无论其pH值或离子性、流动或静止)下转移。根据贝德电荷分析，平均0.005和0.280个电子分别从单个水分子转移到原始材料和调氧材料中。氧调制材料上的水分子结合能(0.772 eV)高于原始材料(0.129 eV)，说明极化体系中存在更强的相互作用。由于这两类材料与水之间的电荷转移相互作用不同，一旦它们被水桥连接，电流就会在两个电极之间流动。这说明了一个系统由不同极化的碳基电极组成的电极可以在静止的水中发电。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
