圖a是基于液滴的發(fā)電機(jī)(DEG)的示意圖。圖b是在玻璃基板上制造的四個(gè)平行的DEG器件的光學(xué)圖像。 香港城市大學(xué)/自然 圖
記者近日從香港城市大學(xué)獲悉，由該校學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出一款新型液滴式發(fā)電機(jī)。該液滴發(fā)電機(jī)設(shè)有類似晶體管的結(jié)構(gòu)，使其瞬時(shí)功率密度較現(xiàn)時(shí)類似的液滴發(fā)電機(jī)增加數(shù)千倍，并大大提升電能轉(zhuǎn)化效率。這一成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志上。
據(jù)了解，傳統(tǒng)液滴發(fā)電機(jī)基于液滴撞擊表面時(shí)的摩擦和靜電感應(yīng)而產(chǎn)生電力，但受表面摩擦電荷數(shù)量的限制，這種方式的電能轉(zhuǎn)化效率較低。而上述研究團(tuán)隊(duì)的兩大關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)克服了這一問(wèn)題。
團(tuán)隊(duì)成員、香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授介紹，這兩大關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)，一是當(dāng)水滴持續(xù)撞擊可長(zhǎng)期帶有電荷的永電體材料聚四氟乙烯(PTFE)時(shí)，所產(chǎn)生的表面靜電荷會(huì)不斷累積至飽和水平。二是他們研發(fā)了一組類似于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由一個(gè)鋁電極和一個(gè)表面加上了一層PTFE薄膜的銦錫氧化物(ITO)電極所組成。當(dāng)水滴撞擊PTFE/ITO表面，并在表面上散開(kāi)時(shí)，由于水是導(dǎo)電的，會(huì)“接通”鋁電極和PTFE/ITO兩個(gè)電極之間的通路，變成一個(gè)可通電的完整電路。基于這項(xiàng)設(shè)計(jì)，連續(xù)不斷的水滴使PTFE上積存了高密度的表面靜電荷。同時(shí)，每當(dāng)水滴接通了兩個(gè)電極，所有積存在PTFE上的電荷都全被釋放，產(chǎn)生電流。因此，瞬時(shí)功率密度和電能轉(zhuǎn)化效率都大幅提升。
“我們的研究顯示，一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下，可產(chǎn)生超過(guò)140伏特電壓，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能足以點(diǎn)亮100盞小LED燈。”王鉆開(kāi)表示，這項(xiàng)研究成果可以幫助全球開(kāi)發(fā)更多水資源，未來(lái)可以推廣和安裝在不同液體與固體接觸的表面，例如輪船船身、海岸邊甚至雨傘表面，以充分利用低頻的水動(dòng)能。
