- 文献综述（或调研报告）：
基于动电现象的水驱动产电装置概述
- 水能资源的利用历史：
水能资源是人类历史上最早使用的能源之一。早在公元前4世纪，利用水能机将水流的动能转化为轮机的动能的水轮磨坊便已经出现。19世纪末，随着水力交流发电机发明和高压发电技术的发展，人们开始大规模开发利用水力资源。截至2017年，全球的水电装机容量达到1267GW。如今，水力发电技术成为主流的水能资源利用技术，也是最广泛的可再生能源利用技术。
随着上世纪70年代能源危机与环境破坏等问题的出现，可再生能源的研究与应用成为了全世界能源工作者工作的重点。水能资源作为一种清洁、可再生的能源，受到越来越多的关注。但是目前，利用的水能资源大部分是江河中通过水循环积蓄的重力势能。而其他类型的水能资源如空气中弥散的水蒸气、落下的雨滴，海洋中的潮汐等则没有得到有效开发利用。因此，不少研究者将工作的重心转移到其他类型水能资源的开发利用上来。
- 动电理论简介：
早在1807年，科学家便发现在空间匀强电场下，分散离子发生迁移的电泳现象[1]，在1809年，又发现了在多孔介质，微通道及其他流体通道两端施加电压时会造成流体流动的电渗透现象[2]。之后在1859年，昆克发现当水延压力梯度流过狭窄通道时，会引起电解质运动，进而产生流动电势。科学家根据上述实验现象和理论分析，建立起基于氢键理论和双电层理论的动电理论。
在溶液中，固体表面常因为表面基团的解离或从溶液中选择性的吸附某种离子而带电，形成固定层。而由于电中性的要求，带电表面附近的溶液中必定有与固体表面电荷数量相等但是电性相反的反离子形成扩散层，固定层与扩散层之间构成双电层，两者之间产生剧烈的被称为Zeta电势的电势差[3]。（图1）由于水分子之间会产生氢键，一价离子（如H 、OH-等）可以与水形成水合物。水可以像半导体中空穴传递电子一样，通过水合氢离子转化为水分子或者水分子转化为氢氧根离子，实现质子传递[4]。
Figure 1双电层原理图
自动电理论提出之后，不少研究者根据动电理论开发出诸多不同形式的产电设备。但是这些产能设备往往能量密度低，能量转换效率差，能量转换速度慢，远远达不到工业设备的供能需求。
不过进入21世纪以后，由于新材料和新需求的出现，基于动电理论的水驱动产电装置迎来了新的发展机遇。随着物联网（IoT）和5G技术的出现，使得各类分布式传感器的需求大量增加。同时，各类小型化、便携式的可穿戴的电子产品也成为人们日常生活中不可或缺的一部分。这些电子产品往往需要的能量较少，通常为mW级，这意味着小能量、小体积的水驱动产电装置能很好的满足这些电子产品的供能要求。此外，随着材料学的发展，石墨烯以及其衍生材料如富勒烯、碳纳米纤维等拥有良好机械强度和电导率的材料的出现，使得进一步提高水驱动产电装置的能量密度、能量转换效率和能量转换速度成为了可能。
- 水驱动产电装置类型简介：
尽管大部分水驱动产电装置的产电原理主要是双电层与氢键之间的相互作用引起的电荷的定向迁移，但不同装置之间引起动电现象的驱动力则各不相同。正如上文所述，昆克在1859年，便利用压力梯度形成的流动电势成功实现了产电。在这之后，许多科学家根据不同的驱动力，制造了各种类型的产电装置，其中主要的驱动力除了流动电势外，还有沉淀电势，胶质与离子之间的振动电势，自然水循环引起的电势等。同时，人们对流动电势的理解也不断深化，并将它细分为吸引电势和波动电势[5][6]。
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