新型系統通過水流摩擦將機械能轉化為電能。
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德國研究人員開發出一種僅需水和壓力就能發電的全新技術,該技術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實現能量轉換。來自漢堡工業大學與德國電子同步加速器研究所(全球領先粒子加速器中心之一)的科學家們發現,機械能可通過摩擦起電效應轉化為電能。
這項新技術的核心在于將水限制在納米尺度的硅孔洞中,以其作為能量產生的活性介質。研究人員表示,該技術可應用于高機械壓力環境,例如車輛減震器領域。漢堡工業大學材料與X射線物理研究所教授、BlueMat卓越集群發言人帕特里克·胡貝爾博士指出:“即便是純水,在納米尺度受限狀態下也能實現能量轉換。”
將水轉化為能量
在這項研究中,國際團隊開發出名為“侵入-擠出摩擦電納米發電機”的系統。該系統通過壓力驅動水反復進出納米級孔洞。在此過程中,硅孔壁與液體界面處發生電荷分離,產生類似日常生活中的摩擦起電現象 —— 就像行走在PVC地毯上觸摸金屬門把手時,電子在表面間轉移形成靜電荷,最終以微小電擊形式釋放。新技術重現了這種效應,并以可控、高效、連續的方式實現發電。
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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合創造了高效、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體硅和最常見的液體水即可實現。”該原型機實現了高達9%的能量轉換效率,是目前已報道的固-液納米發電機中最高效率之一。
智能材料結構設計
研究人員強調,該技術的優勢在于其簡潔性 —— 僅使用硅和水,無需任何稀有或危險材料。漢堡工業大學材料與X射線物理研究所曼努埃爾·布林克博士指出:“關鍵技術突破在于開發出兼具導電性、納米多孔性與疏水性的精密可控硅結構。”他特別說明,該技術能精確控制水在孔洞內的運動,確保能量轉換過程的穩定性與可擴展性。
研究團隊認為,這項技術為自驅動、免維護傳感器系統開辟了新前景,可應用于水分檢測、智能服裝中的運動健康監測、觸覺機器人等領域 —— 其中觸摸或運動可直接產生電信號。費拉拉大學的西蒙娜·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)在新聞稿中總結道:“水驅動材料標志著自維持技術新時代的開啟。”
該研究成果已發表于《納米能源》(Elsevier出版集團)期刊。
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