水力發(fā)電已是世界上最老的科技之一,作為一種可再生能源,目前全球尚有大約 150 個國家在使用。然而,水力發(fā)電有其局限性,僅當規(guī)模足夠巨大之時才能體現(xiàn)效率。為了大規(guī)模開發(fā)水力資源,帶來的副作用是河流被隔斷,生態(tài)系統(tǒng)受到摧殘。同時,水力發(fā)電無法做到編寫,隨時隨地“開水”很不現(xiàn)實。
近些年,科學家已在致力于納米結構發(fā)電。舉個例子,他們已探尋離子液體發(fā)電——讓帶電離子遍布于液體之中,在壓力梯度的作用下透過某個系統(tǒng),產(chǎn)生電力。然而,由于壓力梯度的原因,這一系統(tǒng)發(fā)電能力有限,尚無法做到高產(chǎn)。但如今,科學家發(fā)現(xiàn)了更好的辦法:用石墨烯攜帶小滴鹽水,無需壓力梯度也可產(chǎn)生電力。
研究成果發(fā)布在《自然納米技術(Nature Nanotechnology)》,來自中國的研究人員制造了一層石墨烯,并將鹽水液滴置于其上,讓鹽水液滴以不同的速度穿過石墨烯層,從中發(fā)現(xiàn)這一過程產(chǎn)生了細微的電壓差。
在這一效應之外,科學家還發(fā)現(xiàn),液滴的穿過速度和所生產(chǎn)的電力存在線性關系:液滴穿過速度越快,產(chǎn)生的電壓越高;同等面積石墨烯層上穿過的液滴數(shù)目越多,產(chǎn)生的電壓越高。
這一現(xiàn)象后面的機理是怎樣的呢?科學家監(jiān)視了液滴這一側的電荷分布,包括液滴停留在石墨烯上時和液滴運動時兩
種情況。
當液滴保持靜態(tài)時,電荷分布與另一側保持對稱,兩者之間凈電勢差為零。
但當液滴被拖著穿過石墨烯層時,電荷分布開始不平衡。在液滴某端,電子從石墨烯脫附;而在另一端,電子被石墨烯吸收。這一運動導致液滴側產(chǎn)生巨大的電勢差,繼而導致這一距離間產(chǎn)生可觀的電壓。
科學家會將這一技術提升至大量級,讓用戶從中豐收電力。他們用氯化銅制成液滴,放在石墨烯表面,表面斜向一側,液滴受重力作用從一端流到另一端,導致可測量的電壓生成,大約 30mV。
盡管發(fā)電規(guī)模相比現(xiàn)有的水輪發(fā)電機來說太過微小,這些納米發(fā)電機可以為小型設備提供電力,這是水力發(fā)電系統(tǒng)所無能為力的。納米發(fā)電技術也很容易提升規(guī)模,總有一天能制造大量級電力,驅(qū)動大型設備
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