德國電子同步加速器研究所與漢堡工業(yè)大學(xué)的科研人員近日宣布，他們成功研制出一種新型摩擦納米發(fā)電機(jī)，該裝置通過水流與納米多孔硅結(jié)構(gòu)的相互作用實(shí)現(xiàn)發(fā)電，為低功耗電子設(shè)備供電提供了無需電池的新方案。這項(xiàng)突破性成果標(biāo)志著人類在環(huán)境能量收集領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步，其核心在于利用兩種基礎(chǔ)材料——硅和水——構(gòu)建高效的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)最初致力于探索一種可能性：能否僅通過硅和水的組合，將機(jī)械壓力與流體運(yùn)動轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電能。經(jīng)過多年攻關(guān)，他們開發(fā)出一種基于納米結(jié)構(gòu)硅的摩擦電裝置。當(dāng)水流經(jīng)硅材料中直徑僅數(shù)十納米的孔道時(shí)，液固界面產(chǎn)生的電荷分離效應(yīng)被精準(zhǔn)捕獲并轉(zhuǎn)化為電流。這種設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)摩擦電系統(tǒng)依賴固體接觸的局限，將能量轉(zhuǎn)換效率提升至約9%，達(dá)到同類技術(shù)中的最高水平。

該裝置的硅基結(jié)構(gòu)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)具備導(dǎo)電性、納米級孔隙和疏水性三大特性?？蒲腥藛T通過創(chuàng)新工藝，在保持硅導(dǎo)電性的同時(shí)，構(gòu)建出可控的納米多孔網(wǎng)絡(luò)，并賦予材料表面拒水特性。這種多重功能的集成使得水流能夠以可控方式進(jìn)出孔隙，既保證了摩擦電效應(yīng)的穩(wěn)定性，又為規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)水流在壓力驅(qū)動下反復(fù)進(jìn)出孔隙時(shí)，液固界面處的電荷轉(zhuǎn)移效率顯著提升，有效解決了傳統(tǒng)摩擦電系統(tǒng)能量輸出不穩(wěn)定的問題。

值得注意的是，該技術(shù)的材料選擇極具戰(zhàn)略意義。研究僅使用硅和水兩種基礎(chǔ)材料，硅作為電子工業(yè)的支柱材料，其制備工藝成熟且成本低廉；水則是地球上最豐富的液體。這種設(shè)計(jì)不僅避免了稀有或有毒材料的使用，還確保了技術(shù)的大規(guī)模推廣潛力。科研人員特別強(qiáng)調(diào)，裝置的制造過程與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，這意味著未來可能通過微電子生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

全球范圍內(nèi)，類似的環(huán)境能量收集技術(shù)正成為研究熱點(diǎn)。法國科研團(tuán)隊(duì)曾開發(fā)出利用地鐵閘機(jī)乘客通行動能供電的系統(tǒng)，國際聯(lián)合研究組也展示了通過微風(fēng)掠過水滴獲取能量的方法。這些探索共同指向一個(gè)趨勢：將日常機(jī)械運(yùn)動和流體流動視為可利用的能源資源。漢堡工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的成果在效率和應(yīng)用范圍上具有獨(dú)特優(yōu)勢，特別是對微小能量收集的突破，為物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備和遠(yuǎn)程監(jiān)測等領(lǐng)域提供了新的能源解決方案。