來自美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員做出了一個驚人的研究：只要滿足一個條件，幾乎任何材料都可以用來制造一種從潮濕空氣中持續(xù)收集電能的裝置。而這個條件是，材料表面上要有許多直徑小于 100 納米的納米孔。看似很神奇，但其原理比預期的要簡單得多。

空氣中含有電能？

空氣中有著大量的電能，你只需要抬起頭看看天空中的云朵就會明白。一朵云，它其實是由大量的小水滴構(gòu)成的，這些水滴中的每一個都帶有電荷。當條件合適時，云可以以閃電的形式釋放出大量的電能。不幸的是，我們沒有可靠的方法來收集這些電能。

那么，制造一個可控的云朵會怎樣?在 2020 年，馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員，就制造了一個小規(guī)模的人造云，它能可控地、持續(xù)地產(chǎn)生電能。為了收集電能，他們研發(fā)了一款能量收集裝置，其構(gòu)成材料是一種叫做硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)的細菌生長的蛋白質(zhì)納米線。

做完這個研究之后，研究人員馬上意識到，細菌其實不是必須的。他們發(fā)現(xiàn)，幾乎任何材料都可以用來從空氣中收集電能，只需要它們有著直徑小于 100 納米的納米孔。因此，他們把這項技術(shù)稱為“通用空氣生成效應(yīng)”(generic Air-gen effect)。研究人員在 2023 年 5 月份的《先進材料》(Advanced Materials)期刊上發(fā)表了該技術(shù)的詳細內(nèi)容。那么，他們究竟是如何實現(xiàn)這種技術(shù)的呢?

納米孔是發(fā)電的關(guān)鍵

這種技術(shù)的能量收集裝置，是由一層薄膜制成的，其上充滿了納米孔，可以讓空氣中的水分子從薄膜的上層穿到下層。但由于每個孔都很小，水分子在穿過薄膜時很容易撞到孔的邊緣上。碰撞時，水分子的電荷就會轉(zhuǎn)移到薄膜上并累積起來。由于上層會比下層更容易受到水分子的撞擊，這樣在薄膜的兩邊之間就會產(chǎn)生電荷差。利用這種電荷差讓電子流動，形成電流，就可以產(chǎn)生電能。這是一種綠色清潔的能源，其來源只是潮濕的空氣。

目前，這種技術(shù)仍處于早期階段。研究人員測試的由纖維素制成的薄膜，在實驗中產(chǎn)生了大約 260 毫伏的電壓輸出，而日常生活中給手機充電通常需要大約 5 伏的電壓。但薄膜的厚度遠小于一根人類頭發(fā)絲的寬度，這意味著它們能輕松地堆疊起來，就可以產(chǎn)生更高的電壓輸出，使其更加實用。

研究人員說，因為薄膜可以用幾乎任何材料制成，這意味著可依據(jù)所處的環(huán)境來選用最佳的材料。比如，你可以想象一種材料制成的能量收集裝置適用于熱帶雨林環(huán)境，另一種材料制成的能量收集裝置適用于更干旱的環(huán)境。下一步，研究人員將在不同的環(huán)境中測試這些能量收集裝置，并努力提高它們的電能輸出。

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