「雪騰」——利用降雪發電的納米發電機

彭濤編譯

2019年6月14日，華人科學家王中林榮獲2019年度「阿爾伯特·愛因斯坦世界科學獎」，以表彰其「在納米發電機方面做出的開創性貢獻」，而這一領域將有可能對我們的世界產生革命性的影響。我們每天使用的電腦、手機，設計都越來越精巧，速度也越來越快，但是電池似乎一直在拖後腿；另外如何持續、方便地為心臟起搏器、助聽器等供電也是一個難題。王中林所開創的領域旨在讓電子儀器直接從環境中收集能量，不再依靠笨重的電池。這一概念其提出以來，就獲得了迅速的進展，今天我們就來介紹一項最新的技術成果——利用下雪來發電的「雪騰」納米發電機。

用雪發電從此不再是異想天開

冬天，大約30%的地球表面被冰雪覆蓋，人們想要在雪天維持正常的生活，就離不開持續的電力供應。在冰雪覆蓋的地區，有效利用太陽能、水能等綠色能源面臨很多實踐難題。此外，對這些地區的氣象觀測也非常必要，但是氣象站的運行需要持續的能源供給。

那麼，能不能因地制宜地使用雪來發電呢？科學家很早就開始琢磨這個問題，如果能實現的話，每到雪天，我們就可以使用另外一種清潔能源了。

降雪時，由於摩擦起電的原因，雪粒通常是帶正電荷，這雖然是一種普遍的自然現象，但是美國加州大學洛杉磯分校的研究人員就利用這一現象，發明了一種雪基摩擦納米發電機——「雪騰(Snow-TENG)」。雪騰不但體積小，薄而靈活（就如同一張塑料薄膜），而且價格還便宜。有關該設備的技術細節發表在《納米能源》上。

「雪騰」納米發電機是如何工作的？

降雪時，雪粒會失去電子而帶正電荷，如果有相應的材料來有效地捕獲這些雪粒失去的電子，與其帶正電的雪粒配對，就會產生電能。由於雪粒非常多，市區的電荷數量也非常大，因此，難題在於找到一種能有效地捕獲這些電子的材料。

研究人員在測試了大量材料後，發現硅樹脂比其他任何材料捕獲的電子的能力都要強。在具體製造過程中，研究人員使用了最先進的3D列印技術，這不僅可以降低製造設備的成本，而且還可以個性化地定製形狀和尺寸。此外，雪騰具有很好的可拉伸性（最大可達125%），這就使雪騰幾乎能在任何地方被安裝和使用。

「雪騰」納米發電機的工作原理

「雪騰」納米發電機的的應用

研究人員發現，在降雪時，雪騰輸出的信號強度與降雪方向、降雪速度、風速、積雪深度都有關係，因此它本身就是一個自供電的多功能低溫氣象站。可以利用雪騰來測量各種氣象參數，包括降雪角度或降雪方向、降雪速度、風速、積雪深度。

研究人員說：「這是一個非常聰明的裝置，它可以告訴你下了多少雪、降雪方向以及風的方向與速度。」與寒冷地區的傳統氣象站相比，雪騰氣象站具有自供電、設計簡單、成本低、免維護的特徵，這為新一代氣象站的發展打開了新的大門。

雪騰：測量氣象參數

此外，由於雪騰可以自供電、可拉伸、輕便，因此，它具有成為可穿戴電子設備和生物力學跟蹤感測器的潛在價值。

研究發現，將「雪騰」附著在衣服的不同部位時，雪騰就能輸出穩定的電壓，因此，它可作為可穿戴電子設備為其他隨身攜帶的電子設備充電，如手機、智能手環等，當然還可以為心臟起搏器、助聽器等醫療設備充電，這為新一代可穿戴電子設備和醫療設備打開了新的大門。

雪騰：為電子設備充電

另外，將雪騰附著在雪地靴的底部時，它還可以成為一個生物力學跟蹤感測器。當穿戴者做不同的運動和動作時，如奔跑、跳躍等，雪騰將輸出不同閾值的電壓。基於上述特點，雪騰可以監測人體的不同運動模式，並且可以告知人們哪些動作是安全的，如它可以告知滑雪愛好者，在滑雪過程中使用哪種運動模式能避免危險情況的發生。未來，它很可能成為冰雪運動愛好者的標配。

雪騰：冰雪運動者的標配

雪騰具有這麼多方便實用和充滿想像力的功能。在將來，人們在下雪天尤其不用擔心手機等設備沒有電了，只要帶上雪騰，一切就可以解決了！

參考文章：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190415160820.htm

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