圖1、在石墨烯表面拖動一含離子的液滴會在石墨烯中產(chǎn)生沿液滴運(yùn)動方向的拽勢（drawing potential）。上：在石墨烯表面拖動液滴。下：以2.25米每秒的速度在石墨烯上拖動一滴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，可以用于感知筆畫（倪勇做圖）。
各種動電現(xiàn)象（electrokinetic phenomena）自1807年以來不斷被發(fā)現(xiàn)，并已經(jīng)形成了系統(tǒng)的科學(xué)理論，在多個學(xué)科和工程技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，流動勢（streaming potential）是當(dāng)液體在壓力梯度的驅(qū)動下流過窄縫或細(xì)管時在液體兩端形成電勢差的動電現(xiàn)象，是沉淀勢、離子和膠體振動勢等動電勢的基礎(chǔ)。理論和實驗都表明，沒有壓力梯度就沒有流動勢差。
現(xiàn)在，郭萬林研究組突破性地發(fā)現(xiàn)了一種常壓下的全新的動電現(xiàn)象——拽勢（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。他們實驗發(fā)現(xiàn)在石墨烯表面拖動離子液滴會在石墨烯中產(chǎn)生沿液滴運(yùn)動方向毫伏級的電壓（如下圖所示）。產(chǎn)生的電壓和液滴運(yùn)動的速度成正比，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。實驗分析和第一性原理計算表明，在石墨烯和液滴界面處會形成一獨(dú)特的贗電容。當(dāng)液滴運(yùn)動時，液滴前端的贗電容充電，尾端的贗電容放電，從而會導(dǎo)致石墨烯內(nèi)部產(chǎn)生拖動勢。研究表明，同時拖動多個液滴沿同一方向移動，所產(chǎn)生的拽勢會是單個液滴產(chǎn)生的拽勢乘以液滴個數(shù)，并且隨液滴增大而增大，所以拽勢能夠通過多種方式提高。他們在論文中已經(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)】。
該研究工作得到國家重大基礎(chǔ)研究計劃（973計劃）和國家自然科學(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).
