美國(guó)納米摩擦發(fā)電機(jī)：從海浪中獲取能源

作為可再生能源，太陽(yáng)能和風(fēng)能最大的缺點(diǎn)就是不可持續(xù)性——晴天和多風(fēng)的日子并不是總能遇到。就這一點(diǎn)而言，波浪具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月15日?qǐng)?bào)道，美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種利用海浪發(fā)電的納米摩擦發(fā)電機(jī)。研究人員稱，這種發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)易用，可晝夜無(wú)休地持續(xù)工作。相關(guān)論文發(fā)表在《應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

摩擦發(fā)電效應(yīng)是兩種材料接觸和分離產(chǎn)生電荷的一種現(xiàn)象。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的美國(guó)佐治亞理工學(xué)院王中林(音譯)團(tuán)隊(duì)，此前曾開(kāi)發(fā)出一種能為手機(jī)電池充電的固體摩擦發(fā)電機(jī)。而新研究面臨的問(wèn)題是，如何讓摩擦發(fā)電在潮濕如海水的環(huán)境中產(chǎn)生？

研究人員發(fā)現(xiàn)，摩擦發(fā)電現(xiàn)象并不限于固體之間，它同樣存在于液體環(huán)境當(dāng)中。唯一的要求是，兩種物質(zhì)特定的電子能水平足夠接近。對(duì)水而言，它所需要的僅僅是一個(gè)適合的“拍檔”。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)一種特殊的塑料或能當(dāng)此重任。

作為原型，研究人員制作了一個(gè)絕緣的塑料容器。這個(gè)容器有蓋和底，上面安裝了由銅片制成的電極。他們的系統(tǒng)之所以能夠成功，是因?yàn)槠渖w子內(nèi)部涂有一層納米級(jí)、微型金字塔狀的聚二甲基硅氧烷(PDMS)。而容器中則裝滿了去離子水。當(dāng)蓋子下降時(shí)，這些微型金字塔就會(huì)與水發(fā)生接觸，一批聚二甲基硅氧烷原子就會(huì)被電離，從而產(chǎn)生負(fù)電荷；與此同時(shí)，水面上也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生正電荷。當(dāng)聚二甲基硅氧烷層離開(kāi)水送出電荷后就完成了一個(gè)完整的摩擦發(fā)電過(guò)程。

其原理是利用了聚二甲基硅氧烷與水之間的電位差。選擇聚二甲基硅氧烷的原因，是其優(yōu)良的疏水性減少了水的附著，獨(dú)特的金字塔外形更易讓水脫落。

當(dāng)置于海水中時(shí)，該裝置會(huì)隨著波浪，周期性地上升與下降，其中的電極與整流器和電容相連，產(chǎn)生的直流電能夠點(diǎn)亮60盞LED燈。研究人員稱，該裝置具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，由于對(duì)溫度敏感可將其作為一種溫度傳感器；如將其他傳感器附著在上面，它也能為生物分子傳感器和化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)提供更多的想象空間。