黑科技：能用雪花發電的設備誕生，還能觀測氣象

美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）的研究人員設計了第一台可用雪花發電的納米發電設備，它還可以用於氣象觀測或檢測運動員表現。

論文合著者 Maher El-Kady 和資深作者 Richard Kaner。圖片來源：Stuart Wolpert/UCLA

來源 University of California - Los Angeles

翻譯胡琦琳

審校劉悅晨

編輯戚譯引

美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）的研究人員設計了一種可以利用降雪發電的新裝置。這款裝置開創了同類產品的先河，它價格低，體積小，輕薄，並且像塑料一樣柔韌。

「這款裝置可以自供電，不需要電池，所以可以在偏遠地區開展工作，」 UCLA 材料創新研究中心主席（Dr. Myung Ki Hong Endowed Chair in Materials Innovation）、本研究的資深作者 Richard Kaner 說，「這是一款非常智能的裝置，可以提供降雪量、降雪方向、風向以及風速等信息，就像氣象站一樣。」

研究人員將裝置稱為「雪 TENG」（snow TENG），即用雪發電的摩擦納米發電機（snow-based triboelectric nanogenerator）。它通過靜電產生電荷，經電荷交換產生能量。

有關該裝置的研發成果發表在《納米能源》（Nano Energy）期刊上。

Kaner 說：「靜電源於兩種材料間的相互作用，一種能捕獲電子，另一種能釋放電子。如果你能把電荷分開，就可以產生電能，成本幾乎是零。」Kaner 同時也是 UCLA 化學和生物化學系傑出教授、材料科學與工程系傑出教授、加利福尼亞納米系統研究院（California NanoSystems Institute）成員。

雪攜帶正電荷，傾向於釋放電子；而硅氧樹脂（Silicone）攜帶負電荷，這是一種合成橡膠材料，由硅原子和氧原子組成，並含有碳、氫等其它元素的合成橡膠材料。當落下的雪與硅氧樹脂表面接觸時，靜電荷產生，被裝置捕獲後就能產生電能。

「既然雪已經帶電了，所以我們想，為什麼不引入另外一種帶相反電荷的材料來捕獲電荷發電呢？」UCLA 化學和生物化學博士後研究員、論文合著者 Maher El-Kady 補充道。

「雖然雪傾向於釋放電子，但這款裝置性能的關鍵取決於其它材料對電子的提取效率，」他接著說，「在測試了鋁箔和聚四氟乙烯等大量材料後，我們發現硅氧樹脂比其它任何材料產生的電荷都要多。」

El-Kady 指出，每年冬天，地球上都會有大約 30% 的陸地被積雪覆蓋，這段時間太陽能電池往往無法工作。積雪減少了太陽能電池板的進光量，限制了電池板的功率輸出，從而降低了效率。El-Kady 認為，如果可以將這款裝置集成到太陽能電池中，下雪的時候就可以保證不間斷的電力供應了。

Kaner 說這款裝置還可用於監測冬季運動，例如滑雪，它可以更精確地評估和提高運動員在跑步、走路或跳躍時的表現。同時，該裝置還具有識別運動員在越野滑雪中所使用的主要運動模式的潛力，而這是智能手錶目前無法做到的。

這可能會帶來新一代自供電可穿戴裝置的革新，可用於追蹤運動員及其表現。這個裝置可以發送信號，指示佩戴者是否處於運動之中。不僅如此，它還可以分辨這個人是在走路、跑步、跳躍還是步行。

研究小組利用 3D 列印技術設計的這款裝置具有一層硅氧樹脂和一個用於捕獲電荷的電極。研究人員認為，「製造的便利性和硅氧樹脂的易於獲取」可以保證以低成本生產該裝置。硅氧樹脂廣泛應用於工業領域，如潤滑劑、電線絕緣層和生物醫用植入物等產品中，現在它又有了收集能量的新潛力。

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