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用空氣發(fā)電？你沒聽錯(cuò)。最近，研究人員找到了一種方法，可以利用幾乎任何材料就能從空氣中收集電能。
文 | 陳強(qiáng)
來自美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員做出了一個(gè)驚人的研究：只要滿足一個(gè)條件，幾乎任何材料都可以用來制造一種從潮濕空氣中持續(xù)收集電能的裝置。而這個(gè)條件是，材料表面上要有許多直徑小于 100 納米的納米孔?？此坪苌衿妫湓肀阮A(yù)期的要簡單得多。
空氣中含有電能？
空氣中有著大量的電能，你只需要抬起頭看看天空中的云朵就會(huì)明白。一朵云，它其實(shí)是由大量的小水滴構(gòu)成的，這些水滴中的每一個(gè)都帶有電荷。當(dāng)條件合適時(shí)，云可以以閃電的形式釋放出大量的電能。不幸的是，我們沒有可靠的方法來收集這些電能。
那么，制造一個(gè)可控的云朵會(huì)怎樣？在 2020 年，馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員，就制造了一個(gè)小規(guī)模的人造云，它能可控地、持續(xù)地產(chǎn)生電能。為了收集電能，他們研發(fā)了一款能量收集裝置，其構(gòu)成材料是一種叫做硫還原地桿菌（Geobacter sulfurreducens）的細(xì)菌生長的蛋白質(zhì)納米線。
做完這個(gè)研究之后，研究人員馬上意識(shí)到，細(xì)菌其實(shí)不是必須的。他們發(fā)現(xiàn)，幾乎任何材料都可以用來從空氣中收集電能，只需要它們有著直徑小于 100 納米的納米孔。因此，他們把這項(xiàng)技術(shù)稱為“通用空氣生成效應(yīng)”（generic Air-gen effect）。研究人員在 2023 年 5 月份的《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上發(fā)表了該技術(shù)的詳細(xì)內(nèi)容。那么，他們究竟是如何實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的呢？
納米孔是發(fā)電的關(guān)鍵
這種技術(shù)的能量收集裝置，是由一層薄膜制成的，其上充滿了納米孔，可以讓空氣中的水分子從薄膜的上層穿到下層。但由于每個(gè)孔都很小，水分子在穿過薄膜時(shí)很容易撞到孔的邊緣上。碰撞時(shí)，水分子的電荷就會(huì)轉(zhuǎn)移到薄膜上并累積起來。由于上層會(huì)比下層更容易受到水分子的撞擊，這樣在薄膜的兩邊之間就會(huì)產(chǎn)生電荷差。利用這種電荷差讓電子流動(dòng)，形成電流，就可以產(chǎn)生電能。這是一種綠色清潔的能源，其來源只是潮濕的空氣。
目前，這種技術(shù)仍處于早期階段。研究人員測試的由纖維素制成的薄膜，在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了大約 260 毫伏的電壓輸出，而日常生活中給手機(jī)充電通常需要大約 5 伏的電壓。但薄膜的厚度遠(yuǎn)小于一根人類頭發(fā)絲的寬度，這意味著它們能輕松地堆疊起來，就可以產(chǎn)生更高的電壓輸出，使其更加實(shí)用。
研究人員說，因?yàn)楸∧た梢杂脦缀跞魏尾牧现瞥?，這意味著可依據(jù)所處的環(huán)境來選用最佳的材料。比如，你可以想象一種材料制成的能量收集裝置適用于熱帶雨林環(huán)境，另一種材料制成的能量收集裝置適用于更干旱的環(huán)境。下一步，研究人員將在不同的環(huán)境中測試這些能量收集裝置，并努力提高它們的電能輸出。
參考文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1002/adma.202300748
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