氣候變化可能失控的“最後警報”已經(jīng)響起，人類對能源的需求卻有增無減，要應(yīng)對迫在眉睫的能源危機，其中一個對策是加速發(fā)展可再生能源。水覆蓋了地球表面70%的面積，如何充分利用這種天然資源蘊含的巨大能量，一直是科研人員致力探索的目標(biāo)。最近以香港城市大學(xué)（香港城大）研究人員為主的團隊另辟蹊徑，結(jié)合兩種截然不同的新興技術(shù)，研發(fā)出基於液體與液體之間相互摩擦而產(chǎn)生能量的發(fā)電機，即使在惡劣環(huán)境下也能提高以雨水或海浪發(fā)電的效率，為進一步開發(fā)「藍色能源」提供了嶄新思路。

目前，水力發(fā)電是人類社會應(yīng)用最廣泛的可再生能源。無論是古意盎然的水車，還是巍然矗立在江河之上的水電站，其基本原理都是利用水從高處往低流產(chǎn)生的動能發(fā)電。2012年，華裔科學(xué)家王中林教授成功研發(fā)了摩擦納米發(fā)電機（triboelectric nanogenerators, TENG）。TENG的工作原理，是通過摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)效應(yīng)把微小的機械能轉(zhuǎn)換為電能，也就是我們小時候用尺子在頭皮上摩擦後可吸起碎紙屑的現(xiàn)像。這種技術(shù)可將固體與固體之間，或者固體與液體之間相互摩擦的能量轉(zhuǎn)化為電能。也就是說，水化成的雨滴或露珠，以及匯聚成的瀑布或海浪，只要與特定的表面摩擦，產(chǎn)生的動能就可用來發(fā)電。

不過，要擴大TENG技術(shù)的應(yīng)用，以進一步開發(fā)水中蘊藏的能量仍然存在諸多瓶頸。為了讓水滴盡快排走從而有更多接觸點連續(xù)發(fā)電，固體界面經(jīng)常選用疏水或超疏水表面，可是，這些表面在惡劣的環(huán)境下很容易失效。例如低溫高濕，水滴會形成冰粒令表面凍結(jié)，而處於水下環(huán)境，表面則會形成生物膜，這些表面一旦有生物膜粘附，壽命就會縮短，采電效率亦會隨之降低。

香港城大機械工程學(xué)系教授兼仿生工程實驗室主任王鉆開教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，最近成功克服了上述局限，他們將另一種新興技術(shù)超潤滑液體注入型表面（slippery lubricant-impregnated porous surface, SLIPS）與TENG結(jié)合，設(shè)計出了一種基於超潤滑界面的液-液摩擦納米發(fā)電機（SLIPS-TENG）。在低溫的環(huán)境里，這種「雙劍合璧」的發(fā)電機比原來基於超疏水固體界面制成的TENG，輸電功率提高了一個數(shù)量級以上。

SLIPS這種技術(shù)，是哈佛大學(xué)的科學(xué)家於2011年仿效豬籠草利用滑溜籠口捕獵昆蟲的原理，將低表面張力潤滑液體注入固體材料而制成的液體表面。這種表面超滑抗黏，幾乎能排斥包括血液丶油在內(nèi)的任何液體，兼具快速自動復(fù)原功能，在防污丶減阻丶抗結(jié)冰等領(lǐng)域獲廣泛應(yīng)用。

在這次研究中，研究人員將全氟化的潤滑液注入多孔聚四氟乙烯薄膜中，制成超潤滑SLIPS液體表面，與水形成液-液-固的摩擦界面。新設(shè)計的發(fā)電機既具備SLIPS的各種優(yōu)點，亦利用了TENG的技術(shù)能更有效地將雨水和波浪的機械能轉(zhuǎn)化為電能。此外，無論在光學(xué)透明性丶環(huán)境適應(yīng)性丶自清潔性丶靈活性和輸電穩(wěn)定性等方面，它都比單以TENG為基礎(chǔ)的發(fā)電機更加優(yōu)勝，并可在低溫下保持與室溫相約的電能輸出。而且這種超潤滑液體表面容易制造，它還能制成可穿戴的器件。

「這是SLIPS與TENG首次有機地結(jié)合，我們將兩項看來截然不同的技術(shù)合而為一，并證明液體與液體之間相互摩擦產(chǎn)生的能量也能轉(zhuǎn)化成電能。從更廣泛的角度來看，兩者的結(jié)合將為藍色能源器件設(shè)計提出了范式轉(zhuǎn)換，這些器件會更堅固耐用丶功能多樣，并適合在多種環(huán)境下應(yīng)用。」王教授指出。

_{液-液摩擦納米發(fā)電機在室溫攝氏25度和低溫攝氏零下3度把水能轉(zhuǎn)化為電能的表現(xiàn)}

這項研究由香港城大丶中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)丶華東師范大學(xué)和內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校（University of Nebraska Lincoln）聯(lián)合進行，并獲得香港研究資助局與深圳市科技創(chuàng)新委員會的資助。研究成果最近以為題，在國內(nèi)第一份英文版自然科學(xué)綜述性學(xué)術(shù)期刊《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上發(fā)表，文章通訊作者是王鉆開教授，共同第一作者分別是香港城大與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生徐王淮丶華東師范大學(xué)周曉峰副教授和香港城大機械工程學(xué)系高級研究助理郝崇磊，其他合作者包括內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校曾曉成教授及劉源博士丶中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐曉嶸教授，以及香港城大能源及環(huán)境學(xué)院梁國熙教授丶機械工程學(xué)系助理教授楊征保博士丶以及該系的博士生鄭煥璽和嚴咸通。

新研發(fā)高效能水滴發(fā)電機: 一滴水可以發(fā)電140V，點亮100盞小LED燈

水向上流不是夢! 實現(xiàn)液滴高速的長距離自驅(qū)動傳輸新策略！

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