德国电子加速器(DESY)和汉堡工业大学(TUHH)的研究人员与 CIC energiGUNE 以及费拉拉大学(University of Ferrara)的合作者共同展示了一种摩擦纳米发电机,该设备能将水进入和退出纳米孔的机械能转化为可用的电能。
设备工作原理
该设备被称为“挤入-挤出式摩擦纳米发电机”(IE-TENG),利用了固液界面的电荷转移。当水在压力下被压入导电硅单晶块中的疏水纳米孔并随后排出时,界面处的摩擦相互作用会产生净电子转移和电输出。研究人员将这种基本效应比作常见的静电产生过程,例如在地毯上行走并在触摸金属门把手时感到轻微电击。
设计与性能
该团队研发的硅单晶块结合了导电性、明确的纳米孔结构以及疏水表面特性,以控制孔隙内的水运动并稳定能量转换过程。据报告,这种固液配置的能量转换效率约为 9%,作者表示这是同类纳米发电机中所报道的最高值之一。
材料与可重复性
研究人员强调,该方法使用的是储量丰富的材料——硅和水——而非稀有或非常规组件,他们认为这提高了可重复性并支持潜在的可扩展性。在制造过程中,实现一种同时具有导电性、纳米多孔性和疏水性的材料设计被确定为一个关键挑战,团队已在制造过程中解决了这一问题。
潜在应用
- 水检测系统
- 可穿戴生物识别传感器和智能服装
- 运动性能监测器
- 触觉机器人和触摸驱动传感器
由于该设备能将液体的机械运动直接转化为电信号,它可能使自供电传感器在传统电源不切实际的环境中成为可能。
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