中國科學家首度發現，透過浸泡或揮舞等讓石墨烯進出海水的動作，能在該材料上產生感應電位差。此結果是幾世紀前的動電理論的延伸，也讓爭議已久的奈米碳材在液體中的行為帶來新證據。該電位差與石墨烯的移動速度及長度成正比，因此能放大，這意味著該效應在未來或許可以使用在自供電裝置中。 對於南京航天航空大學的郭萬林來說，這個發現有些意外。郭知道液體在壓力下流過窄通道會產生「流動」電位("streaming" potential)，但他強調沒有壓力梯度，就沒有電壓。在郭與同事最初的研究中，完全浸入海水中的石墨烯移動時並未出現感應流動電位，因為沒有壓力梯度，但他們查看原始記錄時，發現在石墨烯剛浸入海水的瞬間，出現了非常大的訊號，而一旦石墨烯完全沒入海水中，訊號就消失了。 為了瞭解原因，他們進行了第一原理計算，嘗試描述石墨烯與溶液中的鈉及氯離子的交流。他們發現石墨烯偏好吸引正鈉離子到表面上，而鈉離子附層會吸引負氯離子的擴散層，導致雙電子層的生成。在石墨烯被浸入海水的當下，雙電子層會在空氣-海水介面間形成一條界線，而移動的界線扮演著發電機的角色。當石墨烯移動時，累積在鈉離子層附近的氯離子數量較少，讓石墨烯的電洞濃度增加，進而產生流動電位。當石墨烯被抽離海水時，相反的效應產生反向電位，而電荷也隨之消失。 科學家從2001年起開始探討從碳奈米管中穿過的流體如何在碳管上產生感應電位，郭指出，然而各研究團隊得到的結果非常不同，需要的條件也相互矛盾，因此他們轉而研究更單純的石墨烯，發現只有將石墨烯放入或抽離液體時才會產生流動電位。不過，使用雙層或三層石墨烯則會大幅降低效應，郭認為要保持該電位，材料必須是單層，因為下層的材料表面會導致電位消散。 郭的團隊已經展示過如何以串聯及並聯方式增強感應電壓，接著他們將努力提高電功率密度。此外，對未來研究而言，如何取得高品質的石墨烯也會是個挑戰。詳見Nature Communications | DOI: 10.1038/ncomms4582。 |