科学家实现硅纳米孔洞内水压发电

新型系统通过水流摩擦将机械能转化为电能。

德国研究人员开发出一种仅需水和压力就能发电的全新技术，该技术通过在地球第二大丰富元素 —— 硅的微观孔洞中利用摩擦效应实现能量转换。来自汉堡工业大学与德国电子同步加速器研究所（全球领先粒子加速器中心之一）的科学家们发现，机械能可通过摩擦起电效应转化为电能。

这项新技术的核心在于将水限制在纳米尺度的硅孔洞中，以其作为能量产生的活性介质。研究人员表示，该技术可应用于高机械压力环境，例如车辆减震器领域。汉堡工业大学材料与X射线物理研究所教授、BlueMat卓越集群发言人帕特里克·胡贝尔博士指出：“即便是纯水，在纳米尺度受限状态下也能实现能量转换。”

将水转化为能量

在这项研究中，国际团队开发出名为“侵入-挤出摩擦电纳米发电机”的系统。该系统通过压力驱动水反复进出纳米级孔洞。在此过程中，硅孔壁与液体界面处发生电荷分离，产生类似日常生活中的摩擦起电现象 —— 就像行走在PVC地毯上触摸金属门把手时，电子在表面间转移形成静电荷，最终以微小电击形式释放。新技术重现了这种效应，并以可控、高效、连续的方式实现发电。

西班牙CIC EnergiGUNE研究所兼DESY研究员路易斯·巴托洛梅博士表示：“纳米多孔硅与水的结合创造了高效、可再生的动力源 —— 无需特殊材料，仅使用地球储量最丰富的半导体硅和最常见的液体水即可实现。”该原型机实现了高达9%的能量转换效率，是目前已报道的固-液纳米发电机中最高效率之一。

智能材料结构设计

研究人员强调，该技术的优势在于其简洁性 —— 仅使用硅和水，无需任何稀有或危险材料。汉堡工业大学材料与X射线物理研究所曼努埃尔·布林克博士指出：“关键技术突破在于开发出兼具导电性、纳米多孔性与疏水性的精密可控硅结构。”他特别说明，该技术能精确控制水在孔洞内的运动，确保能量转换过程的稳定性与可扩展性。

研究团队认为，这项技术为自驱动、免维护传感器系统开辟了新前景，可应用于水分检测、智能服装中的运动健康监测、触觉机器人等领域 —— 其中触摸或运动可直接产生电信号。费拉拉大学的西蒙娜·梅洛尼博士与CIC EnergiGUNE的亚罗斯拉夫·格罗苏博士（均为论文通讯作者）在新闻稿中总结道：“水驱动材料标志着自维持技术新时代的开启。”

该研究成果已发表于《纳米能源》（Elsevier出版集团）期刊。

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