"奈米孔道之不均一電荷分布對於離子電流整流,除鹽與壓差發電之影響"

Abstract

奈米流體裝置具有高度的應用潛力，目前已在發展中的應用有: 離子電流整流、鹽濃差發電、壓差發電、奈米孔道之海水淡化(除鹽)等應用。在本篇當中我們將展示奈米孔道之不均一電荷分布對於1.離子電流整流2.除鹽與壓差發電之影響。其中，離子電流整流會在第一章節中討論，除鹽與壓差發電會在第二章節中討論。 在第一章節中，我們考慮在一個以聚電解質改質之孔道表面的薄膜中，施以軸向的pH梯度以及電壓差，透過不同的pH梯度與電壓，可以精準地控制表面電荷的分布。存在pH梯度時，施以負偏壓時(正偏壓)時，電滲流的作用會使孔道表面的負電荷增強(變小)。因此，正負偏壓越強，整流效果(Rf=I(V-)/I(V+))越好。在本章節當中，我們將一端的pH固定在11，另一端的pH從11掃到3，發現整流比存在局部極大值。同時，本章節也有模擬不同的聚電解質厚度中對於整流效果的影響，發現聚電解質厚度同樣存在一個最佳值。 在第二章節中，我們設計四種不均一的表面電荷分布，這四種電荷分布具有相同的平均電荷。分別是Type1:出口與入口帶電相對於孔道中間較強；Type2:出口與入口相對於孔道中間帶電較弱；Type3:入口帶電較強，出口帶電較弱；Type4:出口帶電較強，入口帶電較弱。文中會探討這四種表面帶電電荷分布，在施與一個壓力差的驅動力之下，對於其發電表現與除鹽效果的影響。發電部分，則隨著濃度與壓力的變化，有不同的最適合之表面帶電分布。除鹽部分，發現Type3的表面電荷設計在不同濃度與壓力下皆有最好的除鹽效果，且可以同時提升流量。