化水滴为可再生能源

过去两个多世纪，能源需求激增。化石燃料作为主要能源，不仅造成环境污染，而且蕴藏量有限，开发可持续能源一直是全球面对的严峻挑战。城大工学院副院长（国际化与企业协作）兼机械工程学系王钻开教授取得重大突破，成功将水滴动能有效转换成电能，推进水能发电的科研。

“收集水能有助解决全球可再生能源短缺的问题。尽管液滴细小又平凡，但假如我们能从滴下来的水有效地获取动能，所产生的力量和影响可能巨大且深远。”王教授说。他凭着收集水能的卓越研究，让他荣获腾讯基金会2020年”科学探索奖”。

晶体管状结构的液滴发电机

传统的液滴发电机利用介面摩擦起电效应，基于液滴撞击表面，即两种物料接触并分离而产生电力。但这种方法受限于表面产生的电荷量，电能转换效率较低。

为提升电能转换效率，王教授提出了类似场效应晶体管的设计，由两个电极组成，其中一个电极表面涂上一层聚四氟乙烯（PTFE）薄膜，PTFE是一种可长期带有电荷的永电体材料。当水滴持续撞击PTFE表面，表面产生的电荷会不断累积并逐渐达至饱和，克服了传统液滴发电机低电荷密度的瓶颈问题。 

 

一滴水足以点亮100个小型LED灯

更重要的是，两个电极发挥类似场效应晶体管的作用。当水滴撞击并在表面散开时，导电的水滴会”接通”铝电极和PTFE/铟锡氧化物（ITO）电极，形成可通电的闭环电路。所有积聚在PTFE表面的电荷被完全释放并产生电流，这种现象大幅提升瞬时功率密度和电能转换效率。

 

这款新型的液滴发电机，由王教授与美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授，以及中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士合作研发，瞬时功率密度高达50.1瓦，较非场效应晶体管设计的液滴发电机高出数千倍。在实验中，一滴100微升的水滴从15厘米的高度滴下，可产生超过140V电压，足以点亮100个小型LED灯。有关研究结果于2020年的国际权威学术期刊《自然》发表。

受大自然启发的工程学专家

王教授喜欢从大自然汲取研究灵感，认为自然界拥有的所有特性，包括适应性、动态性、多功能性、节能和互联性，都是科学家和工程师们一直梦寐以求、想在自己的研发成果里所包含的。

王教授及其团队的其中一项源自大自然的突破性研究，是关于控制液滴成形的方式，使液滴更快从表面脱落，从而达至超干爽表面，能应用于防止飞机机翼和发动机等金属表面结冰。

王教授另一个来自大自然的创新灵感，是与生物医学工程系副教授申亚京博士合作，研发出微型软体机器人，像毛虫般多足，能在恶劣环境下载运重物，可应用于人体内精确输送药物。

“经过亿万年的进化，大自然已发展出非同寻常的原理，拥有绿色能源和恢复能力的特点，例如荷叶叶面的疏水性和沙漠中某些甲虫的取水方法。我们总可从自然界得到启发进行科研。大自然永远不会让我们失望。”王教授说。

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