新型系統(tǒng)通過水流摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

德國研究人員開發(fā)出一種僅需水和壓力就能發(fā)電的全新技術(shù)，該技術(shù)通過在地球第二大豐富元素 —— 硅的微觀孔洞中利用摩擦效應(yīng)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。來自漢堡工業(yè)大學(xué)與德國電子同步加速器研究所（全球領(lǐng)先粒子加速器中心之一）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，機(jī)械能可通過摩擦起電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能。

這項新技術(shù)的核心在于將水限制在納米尺度的硅孔洞中，以其作為能量產(chǎn)生的活性介質(zhì)。研究人員表示，該技術(shù)可應(yīng)用于高機(jī)械壓力環(huán)境，例如車輛減震器領(lǐng)域。漢堡工業(yè)大學(xué)材料與X射線物理研究所教授、BlueMat卓越集群發(fā)言人帕特里克·胡貝爾博士指出：“即便是純水，在納米尺度受限狀態(tài)下也能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換?！?/p>

將水轉(zhuǎn)化為能量

在這項研究中，國際團(tuán)隊開發(fā)出名為“侵入-擠出摩擦電納米發(fā)電機(jī)”的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過壓力驅(qū)動水反復(fù)進(jìn)出納米級孔洞。在此過程中，硅孔壁與液體界面處發(fā)生電荷分離，產(chǎn)生類似日常生活中的摩擦起電現(xiàn)象 —— 就像行走在PVC地毯上觸摸金屬門把手時，電子在表面間轉(zhuǎn)移形成靜電荷，最終以微小電擊形式釋放。新技術(shù)重現(xiàn)了這種效應(yīng)，并以可控、高效、連續(xù)的方式實現(xiàn)發(fā)電。

西班牙CIC EnergiGUNE研究所兼DESY研究員路易斯·巴托洛梅博士表示：“納米多孔硅與水的結(jié)合創(chuàng)造了高效、可再生的動力源 —— 無需特殊材料，僅使用地球儲量最豐富的半導(dǎo)體硅和最常見的液體水即可實現(xiàn)?！痹撛蜋C(jī)實現(xiàn)了高達(dá)9%的能量轉(zhuǎn)換效率，是目前已報道的固-液納米發(fā)電機(jī)中最高效率之一。

智能材料結(jié)構(gòu)設(shè)計

研究人員強調(diào)，該技術(shù)的優(yōu)勢在于其簡潔性 —— 僅使用硅和水，無需任何稀有或危險材料。漢堡工業(yè)大學(xué)材料與X射線物理研究所曼努埃爾·布林克博士指出：“關(guān)鍵技術(shù)突破在于開發(fā)出兼具導(dǎo)電性、納米多孔性與疏水性的精密可控硅結(jié)構(gòu)?！彼貏e說明，該技術(shù)能精確控制水在孔洞內(nèi)的運動，確保能量轉(zhuǎn)換過程的穩(wěn)定性與可擴(kuò)展性。

研究團(tuán)隊認(rèn)為，這項技術(shù)為自驅(qū)動、免維護(hù)傳感器系統(tǒng)開辟了新前景，可應(yīng)用于水分檢測、智能服裝中的運動健康監(jiān)測、觸覺機(jī)器人等領(lǐng)域 —— 其中觸摸或運動可直接產(chǎn)生電信號。費拉拉大學(xué)的西蒙娜·梅洛尼博士與CIC EnergiGUNE的亞羅斯拉夫·格羅蘇博士（均為論文通訊作者）在新聞稿中總結(jié)道：“水驅(qū)動材料標(biāo)志著自維持技術(shù)新時代的開啟?！?/p>

該研究成果已發(fā)表于《納米能源》（Elsevier出版集團(tuán)）期刊。

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