前沿科技解读丨“摩擦发电”新传：收集摩擦的“正能量” 学术资讯

“摩擦发电”

摩擦生电，作为一种习以为常的物理现象，曾经激发了无数人的探秘热情。然而，人们更多的还是关心摩擦的负面效应，因为干燥环境下由于摩擦而产生的静电常常让人头疼不已。既然生活中摩擦无处不在，如何让这个令人厌烦的问题变成人见人爱的“正能量”？今天，我们就给大家说一则利用摩擦进行发电的传奇故事。

▲科研人员展示一款风力摩擦发电装置

神奇的摩擦纳米发电机

尽管我们已经知道摩擦可以生电，但那只是属于静电的范畴。所谓摩擦起电效应，是2种不同的材料经过相互摩擦而使其接触表面带电的现象，这是自然界中最常见的现象之一。尝试利用摩擦进行发电的人不计其数，但大多局限于传统的摩擦发电装置。这种摩擦发电装置一般是由2个摩擦层和相应的电极层组成的，利用摩擦层相互接触后产生的表面电荷与电极层之间静电感应电荷的平衡过程，可以向外电路输出电能。

中国科学家王中林院士独辟蹊径，成功研制了一种奇妙的发电机——摩擦纳米发电机，可以把声音、行走、水流、微风等各种机械能高效地收集起来，甚至吹口气也能发电，从而为人们的生活提供更多的绿色能源。比如说用声音发电，只要人们对着手中的摩擦纳米发电设备说话，其中的薄膜就会在声波的作用下受迫振动，与金属电极产生摩擦，从而输出电学信号。

这种新型摩擦纳米发电机的结构十分简单，具有重量轻、体积小、能量密度高、成本低廉等优势。它采用表面图案化的摩擦层和电极层，通过旋转式接触的驱动设计，由平面化的圆形定子和转子组成。其相互接触材料表面的图形阵列由一圈呈放射性密排的微小扇形组成。当定子和转子发生相对转动时，可产生较高的输出功率，并具有较高的能量转化率。

据悉，这种新型摩擦纳米发电机的未来应用十分广阔。也许有一天，我们日常的一切活动都可以发电，届时可以为手机或心脏起搏器供电，还可以为自驱动的传感装置供电。比如，把人们走路时鞋底上产生的能量收集起来，就会有了不起的应用。据悉，一个人每天的正常输出功率大约为67瓦，其中有11瓦可以转换成电能。

更好地收集环境中的“电”

▲一种摩擦纳米发电机模型

而这种新型摩擦纳米发电机的更大价值还在于大规模收集环境中的清洁能源，比如更好地收集风能和潮汐能等，从而最大限度地减少环境污染。就以潮汐能为例，潮汐是沿海地区的一种自然现象，是指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，古代称白天的河海涌水为“潮”，晚上的称为“汐”，合称为“潮汐”, 潮汐能就是指海水在潮涨和潮落时形成的能量。潮汐能具有广阔的开发利用空间，据海洋学家计算，可用于发电的资源量在10亿千瓦以上。

在低碳文明的今天，海洋能开发被提上了议事日程。由于潮汐能储备量大，再生性好，并且有规律可循，因此潮汐发电成为了开发海洋能的“先行军”。王中林院士研制的潮汐能收集装置可以把发电单元做成乒乓球大小，然后把这些乒乓球大小的发电单元结成网格状结构，置放于5米深的海水里就可以发电了。潮汐能收集装置依靠海浪的拍打，促使摩擦面的接触分离，从而把机械能转化为电能。据测算，1平方千米的海面居然能产生兆瓦级的电能，这是一个十分了不起的科学技术发明。