9%轉(zhuǎn)換效率突破：科學(xué)家用水和硅實(shí)現(xiàn)高效摩擦發(fā)電 

一項(xiàng)由西班牙、意大利和德國科學(xué)家合作的研究發(fā)現(xiàn)，通過讓水在納米多孔硅塊中進(jìn)出，僅憑水與硅表面的摩擦即可產(chǎn)生電能。這一突破性技術(shù)利用摩擦起電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為可持續(xù)能源開發(fā)提供了新思路。

據(jù)CNMO了解，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種稱為"侵入-擠出摩擦電納米發(fā)電機(jī)（IE-TENG）"的裝置。當(dāng)水滴被壓入疏水性硅塊的納米級孔隙時(shí)，水與硅界面發(fā)生電荷分離；當(dāng)水被擠出時(shí)，電荷重新分布，形成電流。通過納米多孔結(jié)構(gòu)，固體與液體之間的接觸面積大幅增加，顯著提高了發(fā)電效率。

實(shí)驗(yàn)表明，僅33微米厚的多孔硅層即可實(shí)現(xiàn)約20毫瓦/平方米的功率密度。更值得注意的是，該系統(tǒng)產(chǎn)生的電流可持續(xù)數(shù)分鐘，遠(yuǎn)長于傳統(tǒng)摩擦發(fā)電系統(tǒng)的毫秒級持續(xù)時(shí)間。當(dāng)水中添加少量聚乙烯亞胺（PEI）聚合物時(shí)，能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)9%，創(chuàng)下液體摩擦發(fā)電的新紀(jì)錄。

計(jì)算機(jī)模擬顯示，硅表面的缺陷在發(fā)電過程中起關(guān)鍵作用：這些缺陷在水侵入時(shí)捕獲電子，在水?dāng)D出時(shí)釋放電子，使硅材料如同一個(gè)微型電荷泵。由于采用p型摻雜硅，產(chǎn)生的電子可通過電極導(dǎo)出形成穩(wěn)定電流。

該技術(shù)的優(yōu)勢在于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性： monolithic硅塊將固體材料和電極集成于單一組件中，減少了能量損失，即使在多次循環(huán)后仍能保持穩(wěn)定的發(fā)電性能。

據(jù)分析，這種發(fā)電技術(shù)特別適用于本身存在運(yùn)動、壓力或濕度的環(huán)境，如自供電傳感器、可穿戴設(shè)備和工業(yè)測量系統(tǒng)。研究結(jié)果已發(fā)表在《納米能源》期刊（Elsevier，2025年），展示了除水流運(yùn)動外，通過純界面物理效應(yīng)從水中獲取電能的新途徑。