圖1、在石墨烯表面拖動(dòng)一含離子的液滴會(huì)在石墨烯中產(chǎn)生沿液滴運(yùn)動(dòng)方向的拽勢(shì)（drawing potential）。上：在石墨烯表面拖動(dòng)液滴。下：以2.25米每秒的速度在石墨烯上拖動(dòng)一滴4.3微升的模擬海水（0.6 M NaCl）液滴在石墨烯中產(chǎn)生約1.5毫伏的開路電壓。
圖2、在石墨烯上書寫就可以產(chǎn)生拽勢(shì)，可以用于感知筆畫（倪勇做圖）。
各種動(dòng)電現(xiàn)象（electrokinetic phenomena）自1807年以來(lái)不斷被發(fā)現(xiàn)，并已經(jīng)形成了系統(tǒng)的科學(xué)理論，在多個(gè)學(xué)科和工程技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，流動(dòng)勢(shì)（streaming potential）是當(dāng)液體在壓力梯度的驅(qū)動(dòng)下流過(guò)窄縫或細(xì)管時(shí)在液體兩端形成電勢(shì)差的動(dòng)電現(xiàn)象，是沉淀勢(shì)、離子和膠體振動(dòng)勢(shì)等動(dòng)電勢(shì)的基礎(chǔ)。理論和實(shí)驗(yàn)都表明，沒(méi)有壓力梯度就沒(méi)有流動(dòng)勢(shì)差。
現(xiàn)在，郭萬(wàn)林研究組突破性地發(fā)現(xiàn)了一種常壓下的全新的動(dòng)電現(xiàn)象——拽勢(shì)（drawing potential）。這一成果2014年5月以“Generating electricity by moving a droplet of ionic liquid along graphene（沿石墨烯拖動(dòng)離子液滴生電）”為題正式發(fā)表在納米科技領(lǐng)域最具影響力的刊物——《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）第9卷第5期。他們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在石墨烯表面拖動(dòng)離子液滴會(huì)在石墨烯中產(chǎn)生沿液滴運(yùn)動(dòng)方向毫伏級(jí)的電壓（如下圖所示）。產(chǎn)生的電壓和液滴運(yùn)動(dòng)的速度成正比，和液滴所含離子種類和濃度相關(guān)，且隨著石墨烯層數(shù)的增加而顯著降低。實(shí)驗(yàn)分析和第一性原理計(jì)算表明，在石墨烯和液滴界面處會(huì)形成一獨(dú)特的贗電容。當(dāng)液滴運(yùn)動(dòng)時(shí)，液滴前端的贗電容充電，尾端的贗電容放電，從而會(huì)導(dǎo)致石墨烯內(nèi)部產(chǎn)生拖動(dòng)勢(shì)。研究表明，同時(shí)拖動(dòng)多個(gè)液滴沿同一方向移動(dòng)，所產(chǎn)生的拽勢(shì)會(huì)是單個(gè)液滴產(chǎn)生的拽勢(shì)乘以液滴個(gè)數(shù)，并且隨液滴增大而增大，所以拽勢(shì)能夠通過(guò)多種方式提高。他們?cè)谡撐闹幸呀?jīng)演示了利用石墨烯收集下落的液滴能量和傳感書寫方面能力。
目前，拖動(dòng)液滴生電的效率已達(dá)1％，因此這已發(fā)現(xiàn)具有廣闊的應(yīng)用前景。
該研究組早先發(fā)現(xiàn)了氣流吹過(guò)石墨烯產(chǎn)生的與氣流馬赫數(shù)平方成線性的流致電壓【Applied Physics Letters 99, 073103 (2011)；100, 183108 (2012)】。
該研究工作得到國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
論文出處：Jun Yin, Xuemei Li, Jin Yu, Zhuhua Zhang, Jianxin Zhou & Wanlin Guo, Generating electricity by moving a droplet of ionic liquid along graphene. Nature Nanotechnology 9（5）,378－383(2014).
