科學家實現硅納米孔洞內水壓發電

新型系統通過水流摩擦將機械能轉化為電能。

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。

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。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！