硅纳米“环境发电机”实现持续稳定供电

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科技日报记者 张梦然

只利用阳光、盐水和热量就能为大量可穿戴设备或物联网供电？这听起来像对未来能源的幻想，但瑞士洛桑联邦理工学院的科学家正将其变为现实。他们巧妙设计了一种三层硅纳米“环境发电机”，利用环境中的光、热和盐水蒸发的“三重奏”，实现了持续稳定地电能生产。相关研究被视为水伏发电领域的重要进展，已发表在最新一期《自然·通讯》上。

传统上，利用水伏效应发电多依赖于蒸发过程本身。但该团队发现，当光与热共同作用于其特殊结构时，能量收集效率可提升至原来的5倍。器件的表面布满微小的六边形纳米柱，柱间形成极细的通道。盐水在通道中蒸发时，热量驱动离子定向移动，形成电荷分离；同时，光照激发硅内部的电子，而热量又增强了材料表面的电荷。这些效应在液固界面协同作用，形成推动电子流动的天然电场。

光与热的不平衡通常被视为干扰，但团队找到了驾驭的方法。“我们并没有对抗光与热的影响，而是学会了引导它们。”研究团队成员对此解释道。这种协同机制使系统在产生约1伏电压和每平方米0.25瓦功率密度的同时，还具备了突出的稳定性。器件表面的氧化层保护纳米结构，使其即使长期处于光照、高温和盐水中也不易降解。

通过将蒸发、离子传输与电荷收集功能分层设计，团队能够精细调节每个环节。目前，他们正通过建模和模拟实验优化结构参数，探索不同盐浓度与光照条件下的性能表现。

这项进展为各类自供电设备铺就了道路。在户外监测、可穿戴设备或物联网终端等场景中，只要有水源、阳光和温差，这样的纳米器件就能化身持续工作的“环境发电机”，悄然将自然界的细微能量转化为电力，推动可持续技术的未来。

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我们从这项成果中看到，环境能量收集技术似乎正从“单一利用”迈向“系统协同”。这不仅仅是一种效率提升，还代表了人类摸索到了一种更接近自然运作逻辑的能源利用哲学。在未来工程应用上，它为解决物联网时代海量分布式传感器的长期供电难题提供了极具潜力的方案——让设备从环境中“自主觅食”，或许能催生真正免维护的野外监测网络、可穿戴设备和智能基础设施。同时，这个思路也为后续设计更复杂、更智能的环境能量转换器提供了关键的验证平台。