新型纳米发电机效率媲美太阳能电池，或成未来能源新星

新型纳米发电机效率媲美太阳能电池，或成未来能源新星

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英国萨里大学研究团队近期在纳米发电机领域取得重大突破，开发出一种新型三电纳米发电机（TENG），其能量转换效率可媲美传统太阳能电池。这一创新技术有望为未来可穿戴设备、智能家居系统等提供稳定可靠的电力来源。

纳米发电机是一种能够将机械能转化为电能的微型设备，其工作原理主要基于两种物理效应：压电效应和摩擦电效应。当某些材料受到机械应力或压力时，其晶体结构会发生变化，导致电荷分离，从而产生电荷。这种效应非常敏感，能够将微小的机械变形转化为电能。

摩擦电纳米发电机则利用摩擦电效应和静电感应的组合，通过机械运动（如旋转、滑动或振动）产生少量电力。摩擦电效应导致材料之间发生电荷转移，当它们分离时，会产生电场。

萨里大学研究团队开发的新型三电纳米发电机通过激光技术对34个微小能量收集器进行微调，能够高效地将日常运动的能量转化为电能。ATI研究生德洛瓦·侯赛因表示，这项技术有望应用于自供电传感器到智能家居系统等设备，无需更换电池。

与此同时，清华大学深圳国际研究生院丁文伯团队在TENG基础理论上也取得重要进展。他们提出了更适用于TENG器件的自洽理论模型，首次将TENG接触起电电荷、介电材料预充电荷与背电极补偿电荷同时考虑，为TENG的设计与优化提供了重要理论基础。

纳米发电机的应用场景十分广阔。在可穿戴设备领域，它可以将人体运动产生的能量转化为电能，为智能手表、健康监测设备等供电。在医疗领域，纳米发电机可以为植入式医疗设备提供电力，避免频繁更换电池带来的不便。

此外，该技术还可应用于智能家居系统，通过收集环境中的机械能（如门窗开关、脚步声等）为传感器供电，实现真正的“无源”智能设备。在工业领域，纳米发电机可以为各种传感器和监测设备提供电力，降低维护成本。

尽管纳米发电机技术展现出巨大潜力，但其商业化仍面临一些挑战。例如，如何提高能量转换效率、优化材料和器件设计、以及开发新的应用场景等。此外，大规模生产过程中的成本控制也是一个重要问题。

然而，随着研究的深入和技术的不断进步，这些问题有望逐步得到解决。目前，全球已有90个国家和地区的1.6万名科学家正在从事TENG的研究和应用，显示出该领域蓬勃发展的态势。

国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）已将摩擦纳米发电机技术列为2024年十大新兴化学技术之一，这充分说明了其在能源和传感领域的重大意义。随着技术的不断成熟，纳米发电机有望在不久的将来实现大规模商业化应用，为全球能源可持续发展做出重要贡献。