城大最新研發(fā)水滴發(fā)電機(jī)團(tuán)隊(duì)部分成員，左起：鄭煥璽、徐王淮、王鑽開教授、張超博士和宋雨欣。
【香港商報(bào)網(wǎng)訊】記者周偉立報(bào)道：香港城市大學(xué)昨日公布成功研發(fā)出新型水滴發(fā)電機(jī)，只要一滴水便可點(diǎn)亮100盞小LED燈，這項(xiàng)突破性成果有助推動(dòng)水力發(fā)電的科學(xué)研究及應(yīng)對(duì)能源危機(jī)。有關(guān)研究是由城大機(jī)械工程學(xué)系王鑽開教授、美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校曾曉成教授，和中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士合作領(lǐng)導(dǎo)，剛於最新一期國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，論文題為「瞬時(shí)高功率密度水滴式發(fā)電機(jī)」。
較現(xiàn)時(shí)技術(shù)增千倍能量
據(jù)介紹，現(xiàn)時(shí)傳統(tǒng)利用介面摩擦起電效應(yīng)的液滴發(fā)電機(jī)，是基於液滴撞擊表面時(shí)的摩擦和靜電感應(yīng)而產(chǎn)生電力，但受表面摩擦電荷數(shù)量的限制，這種方式的電能轉(zhuǎn)化效率較低。至於新型水滴發(fā)電機(jī)就設(shè)有類似晶體管的結(jié)構(gòu)，使其瞬時(shí)功率密度、即每平方米可產(chǎn)生的最高能量達(dá)到50.1瓦，較現(xiàn)時(shí)類似的水滴發(fā)電機(jī)增加數(shù)以千倍，並大大提升電能轉(zhuǎn)化效率。
王鑽開教授稱，研究顯示，一滴100微升(一微升等於百萬分之一升)的水滴由15厘米的高度滴下，可產(chǎn)生超過140伏特電壓，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能足以點(diǎn)亮100盞小LED燈。他指出，這項(xiàng)新研發(fā)有兩大關(guān)鍵，首先是團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水滴持續(xù)撞擊可長期帶有電荷的永電體材料聚四氟乙烯(PTFE)，所產(chǎn)生的表面靜電荷(surfacecharge)會(huì)不斷累積至飽和水平，令PTFE可儲(chǔ)存高密度的表面電荷。這一發(fā)現(xiàn)助他們克服了之前面對(duì)的電荷密度低之瓶頸問題。
盼解可再生能源短缺問題
另一關(guān)鍵是他們研發(fā)的一組獨(dú)特結(jié)構(gòu)，類似現(xiàn)代電子器件所必須具備、1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的得獎(jiǎng)技術(shù)--場效應(yīng)晶體管(field-effecttransistor)。該結(jié)構(gòu)由一個(gè)鋁電極和一個(gè)表面加上了一層PTFE薄膜的銦錫氧化物(ITO)電極所組成，PTFE和ITO電極負(fù)責(zé)電荷產(chǎn)生、儲(chǔ)存和感應(yīng)。當(dāng)水滴撞擊PTFE/ITO表面，並在表面上散開時(shí)，由於水是導(dǎo)電的，會(huì)「接通」鋁電極和PTFE/ITO兩個(gè)電極之間的通路，變成一個(gè)可通電的完整電路，連續(xù)不斷的水滴使PTFE上積存了密度很高的表面電荷;同時(shí)，每當(dāng)水滴接通了兩個(gè)電極，所有積存在PTFE上的電荷都全被釋放，產(chǎn)生了電流。
王教授稱，希望研究成果可以幫助全球開發(fā)更多水資源，以應(yīng)對(duì)全球可再生能源短缺問題。長遠(yuǎn)來說，新設(shè)計(jì)可推廣和安裝在不同液體與固體接觸的表面上，例如輪船船身、海岸邊以至雨傘表面、水樽內(nèi)，這樣就能充分利用低頻的水動(dòng)能。
