水力(lì)發電已是(shì)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(shǐ)用。然而,水力發電有其局限性,僅當規模足夠巨大之時才能體現效率。為了大規模開發水力資源,帶(dài)來的副作(zuò)用是河流被隔(gé)斷,生態係統受到摧殘。同(tóng)時,水力發電無法做(zuò)到編寫,隨時隨(suí)地“開水”很不現實。
近些年,科學家已在致力(lì)於納米結構(gòu)發電。舉個例子,他們已探尋離子液體發電——讓帶電離(lí)子遍布於(yú)液(yè)體(tǐ)之中,在壓力梯度的作用下透過某個係統,產生電力。然而(ér),由(yóu)於壓力梯度的原因,這一係統發電能力有限,尚無法做到高產。但如今,科(kē)學家發現了更(gèng)好的(de)辦法:用石(shí)墨烯攜帶小滴鹽水,無需壓力梯度也可產生電力(lì)。
研(yán)究成果發布在《自(zì)然納米(mǐ)技術(Nature Nanotechnology)》,來自(zì)中國的研究人員製造了一層石墨烯,並將鹽水液滴置於其上,讓鹽水液滴(dī)以不同(tóng)的速度穿過石墨烯層,從中發現這一過(guò)程產生了細微(wēi)的電壓差。
在這一效(xiào)應之外,科學家還發現,液滴的穿過速度和(hé)所生產的(de)電力(lì)存在線(xiàn)性關(guān)係:液滴穿過速度越快(kuài),產生的電(diàn)壓(yā)越高;同等麵積石墨烯層(céng)上穿過的液滴數目越多,產生的電壓(yā)越高。
這一現象後麵的機理是怎(zěn)樣(yàng)的呢?科學家監視了液滴(dī)這一側的電(diàn)荷分布,包括液滴停留在石墨烯上時和液滴(dī)運動時兩
種情況。
當液(yè)滴保持靜態(tài)時,電荷分布與另一側保持對稱,兩者之間淨電勢(shì)差為(wéi)零。
但當液滴被拖著(zhe)穿過石墨烯層時(shí),電荷分布開始不平衡。在(zài)液滴某端,電子從石墨烯脫附;而在另一端,電子被石墨(mò)烯吸收。這一運動導致液滴側產生巨大的電勢差,繼而導致這一距離間(jiān)產生可觀的電壓(yā)。
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(yòng)氯化銅製(zhì)成液滴,放在石墨烯表麵,表麵斜向一側,液滴受重力作用從一端流到另一端(duān),導致可測量的電壓生成,大約 30mV。
盡管(guǎn)發電(diàn)規模相比現有的水輪發電機來說太過微小,這些納米(mǐ)發電機可以為小型設備提供(gòng)電力(lì),這是水力發電係統所無能為力的(de)。納米發電技術也很容易提升規模,總有一天(tiān)能製(zhì)造大(dà)量(liàng)級電(diàn)力,驅動大型設備
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