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1、1Generating electricity by moving a droplet of ionic liquid along graphene Since the early nineteenth century, it has been known that an electric potential can be generated by driving an ionic liquid through ne channels or holes under a pressure gradient. More recently, it has been reported that car
2、bon nanotubes can generate a voltage when immersed in owing liquids, but the exact origin of these observations is unclear, and generating electricity without a pressure gradient remains a challenge. Here, we show that a voltage of a few millivolts can be produced by moving a droplet of sea water or
3、 ionic solution over a strip of monolayer graphene under ambient conditions. Through experiments and density functional theory calculations, we nd that a pseudocapacitor is formed at the droplet/graphene interface, which is driven forward by the moving droplet, charging and discharging at the front
4、and rear of the droplet. This gives rise to an electric potential that is proportional to the velocity and number of droplets. The potential is also found to be dependent on the concentration and ionic species of the droplet, and decreases sharply with an increasing number of graphene layers. We ill
5、ustrate the potential of this electrokinetic phenomenon by using it to create a handwriting sensor and an energy-harvesting device. solution n.溶 液 ambient adj. 周 围 的 pseudo adj. 假 ,伪 interface n. 分 界 面 rear n. .后 ， 后 部 velocity n. 速 度 ， 速 率 Flow sensors and devices that can collect electricity from
6、owing water are important in a variety of elds, including the harvesting of electric power, the characterization of electrochemical properties, and real-time medical diagnostics 19世 纪 初 期 以 来 ， 通 过 在 一 个 压 力 差 下 驱 使 一个 离 子 液 体 通 过 合 适 的 通 道 或 孔 洞 来 产 生 一 个电 势 是 为 人 们 所 熟 知 的 。 最 近 不 久 ， 有 报 道 称侵 入 到
7、 流 体 中 的 碳 毫 微 管 能 产 生 电 压 ， 但 是 这些 观 察 确 切 的 来 源 不 清 楚 ， 并 且 在 没 有 压 力 梯度 下 来 产 生 电 仍 然 是 一 个 挑 战 。 这 里 ， 我 们 将展 示 在 环 境 条 件 下 通 过 在 单 层 石 墨 烯 薄 片 上 移动 几 滴 海 水 或 离 子 溶 液 能 产 生 几 毫 伏 的 电 压 。通 过 实 验 和 密 度 泛 函 理 论 计 算 ， 我 们 发 现 在 流体 和 石 墨 烯 的 界 面 形 成 了 一 个 赝 电 容 ， 这 个 赝电 容 通 过 流 体 的 移 动 而 向 前 移 ， 在 流
8、体 的 前 面和 后 面 充 放 电 。 这 个 现 象 产 生 一 个 与 流 体 速 度和 数 量 成 比 例 的 电 势 。 这 个 电 势 也 被 发 现 取 决于 流 体 的 浓 度 和 里 面 离 子 的 种 类 ， 并 且 随 着 石墨 烯 层 数 的 增 加 急 剧 下 降 。 我 们 通 过 利 用 这 种电 势 来 创 造 一 个 笔 迹 传 感 器 和 能 量 收 集 设 备 来解 释 这 种 电 动 现 象 。 从 流 动 的 水 中 存 储 电 的 流 量 传 感 器 和 设 备 在许 多 领 域 中 是 很 重 要 的 ， 包 括 电 功 率 收 集 ， 电化 性
9、质 的 鉴 定 以 及 时 事 的 药 物 诊 断 。 这 些 设 备原 则 上 依 靠 流 动 电 势 ， 即 一 种 在 一 个 压 力 梯 下 ， 2diagnostics. These devices rely principally on streaming potential, an electrokinetic phenomenon in which an electric potential is generated when an electrolyte is driven through narrow pores or gaps by a pressure gradient
10、, but they are limited to specic cases. In 2001 it was theoretically proposed that carbon nanotubes in owing liquids could generate an electric current, and since then there have been a number of experimental demonstrations of such effects. However, there are signicant discrepancies in the reported
11、results, and competing explanations for the observed effects have been proposed. electrolyte n. 电 解 质 pore n. 毛 孔 ； 气 孔 ， 细 孔 discrepancy n. 差 异 ， 矛 盾 ； 不 符 合 ， 不 一 致 Although graphene is extremely sensitive to external stimulations and adsorptions, we recently showed that immersed graphene cannot g
12、enerate a voltage from a owing liquid. This result was subsequently conrmed by work in which graphene transistors were constructed to detect the streaming potential,and no uid -ow-induced electrical currents were observed in the graphene. These results are in agreement with the classical electrokine
13、tic theory for streaming potential: that is, a potential cannot be induced by a owing liquid without a pressure gradient. Coulomb drag, a process in which repulsive interactions between electrons in spatially separated conductors allow a current owing in one of the conductors to induce a voltage dro
14、p in the other, is also of particular interest in layered or two-dimensional systems such as graphene. However, in graphene/liquid systems, electrokinetic phenomena (rather than Coulomb drag) should occur, because an electrical double layer will form at the interface of ionic liquids and graphene. I
15、n this Article, we show that a voltage on the order of a few 让 一 个 电 解 质 通 过 窄 的 细 孔 或 间 隙 来 产 生 电 势 的电 动 现 象 ， 但 是 它 们 对 一 些 特 殊 的 例 子 是 有 限 制的 。 在 2001年 ， 从 理 论 上 提 出 在 流 体 中 的 碳 毫 微管 能 产 生 电 流 ， 从 那 以 后 对 于 这 个 结 果 做 了 大 量的 论 证 。 然 而 ， 在 报 道 的 结 果 中 总 会 有 一 些 不 能忽 视 的 的 差 异 ,并 且 已 经 提 出 对 于 观 察 到
16、 的 结 果作 的 相 应 的 解 释 。 尽 管 石 墨 烯 对 外 部 模 拟 和 吸 附 是 十 分 灵 敏 的 ，最 近 我 们 展 示 侵 入 在 流 体 中 的 石 墨 烯 不 能 产 生 电压 。 这 个 结 果 在 随 后 的 实 验 中 得 到 证 实 ， 在 这 个实 验 中 由 石 墨 烯 晶 体 去 检 测 流 动 电 势 ， 结 果 没 有观 察 到 流 体 引 起 的 电 流 。 这 些 结 论 与 传 统 的 关 于流 动 电 势 的 电 动 理 论 一 致 。 也 就 是 说 ， 在 没 有 压力 梯 度 下 流 体 不 能 产 生 电 势 。 库 仑 阻 力 ， 即 在 空间 上 分 隔 的 导 体 里 的 电 子 间 互 相 排 斥 的 相 互 作 用使 其 中 一 个 导 体 里 产 生 一 个 即 时 的 电 子 流 从 而 导致 另 一 个 导 体 里 产 生
