科技日報記者 張夢然
只利用陽光、鹽水和熱量就能為大量可穿戴設備或物聯網供電？這聽起來像對未來能源的幻想，但瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家正將其變為現實。他們巧妙設計了一種三層硅納米“環境發電機”，利用環境中的光、熱和鹽水蒸發的“三重奏”，實現了持續穩定地電能生產。相關研究被視為水伏發電領域的重要進展，已發表在最新一期《自然·通訊》上。
傳統上，利用水伏效應發電多依賴于蒸發過程本身。但該團隊發現，當光與熱共同作用于其特殊結構時，能量收集效率可提升至原來的5倍。器件的表面布滿微小的六邊形納米柱，柱間形成極細的通道。鹽水在通道中蒸發時，熱量驅動離子定向移動，形成電荷分離；同時，光照激發硅內部的電子，而熱量又增強了材料表面的電荷。這些效應在液固界面協同作用，形成推動電子流動的天然電場。
光與熱的不平衡通常被視為干擾，但團隊找到了駕馭的方法。“我們并沒有對抗光與熱的影響，而是學會了引導它們。”研究團隊成員對此解釋道。這種協同機制使系統在產生約1伏電壓和每平方米0.25瓦功率密度的同時，還具備了突出的穩定性。器件表面的氧化層保護納米結構，使其即使長期處于光照、高溫和鹽水中也不易降解。
通過將蒸發、離子傳輸與電荷收集功能分層設計，團隊能夠精細調節每個環節。目前，他們正通過建模和模擬實驗優化結構參數，探索不同鹽濃度與光照條件下的性能表現。
這項進展為各類自供電設備鋪就了道路。在戶外監測、可穿戴設備或物聯網終端等場景中，只要有水源、陽光和溫差，這樣的納米器件就能化身持續工作的“環境發電機”，悄然將自然界的細微能量轉化為電力，推動可持續技術的未來。
總編輯圈點
我們從這項成果中看到，環境能量收集技術似乎正從“單一利用”邁向“系統協同”。這不僅僅是一種效率提升，還代表了人類摸索到了一種更接近自然運作邏輯的能源利用哲學。在未來工程應用上，它為解決物聯網時代海量分布式傳感器的長期供電難題提供了極具潛力的方案——讓設備從環境中“自主覓食”，或許能催生真正免維護的野外監測網絡、可穿戴設備和智能基礎設施。同時，這個思路也為后續設計更復雜、更智能的環境能量轉換器提供了關鍵的驗證平臺。
