科学家用水和硅实现9%转换效率的高效摩擦发电突破

【CNMO科技消息】西班牙、意大利和德国科学家合作开展的一项研究有了重大发现，让水在纳米多孔硅块中进出，仅依靠水与硅表面的摩擦就能产生电能。这项突破性技术借助摩擦起电效应，把机械能转化为电能，为可持续能源开发带来了全新思路。

据CNMO了解，研究团队设计出一种名为“侵入 - 挤出摩擦电纳米发电机（IE - TENG）”的装置。当水滴被压入疏水性硅块的纳米级孔隙时，水与硅界面会发生电荷分离；水被挤出时，电荷重新分布，进而形成电流。纳米多孔结构大幅增加了固体与液体之间的接触面积，显著提升了发电效率。

实验显示，仅33微米厚的多孔硅层就能实现约20毫瓦/平方米的功率密度。更重要的是，该系统产生的电流可持续数分钟，远远长于传统摩擦发电系统的毫秒级持续时间。当在水中添加少量聚乙烯亚胺（PEI）聚合物时，能量转换效率可达9%，创造了液体摩擦发电的新纪录。

计算机模拟表明，硅表面的缺陷在发电过程中起到关键作用。这些缺陷在水侵入时捕获电子，水挤出时释放电子，使硅材料如同一个微型电荷泵。因为采用了p型掺杂硅，产生的电子能通过电极导出形成稳定电流。

该技术的优势在于其结构坚固，monolithic硅块将固体材料和电极集成于单一组件中，减少了能量损失，即便经过多次循环，仍能保持稳定的发电性能。

据分析，这种发电技术尤其适用于本身存在运动、压力或湿度的环境，像自供电传感器、可穿戴设备和工业测量系统等。研究结果已发表在《纳米能源》期刊（Elsevier，2025年），展示了除水流运动外，通过纯界面物理效应从水中获取电能的新途径。

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