液-液摩擦納米發電機新技術 為「藍色能源」提供新思路
氣候變化可能失控的“最後警報”已經響起，人類對能源的需求卻有增無減，要應對迫在眉睫的能源危機，其中一個對策是加速發展可再生能源。水覆蓋了地球表面70%的面積，如何充分利用這種天然資源蘊含的巨大能量，一直是科研人員致力探索的目標。最近以香港城市大學（香港城大）研究人員為主的團隊另辟蹊徑，結合兩種截然不同的新興技術，研發出基於液體與液體之間相互摩擦而產生能量的發電機，即使在惡劣環境下也能提高以雨水或海浪發電的效率，為進一步開發「藍色能源」提供了嶄新思路。
目前，水力發電是人類社會應用最廣泛的可再生能源。無論是古意盎然的水車，還是巍然矗立在江河之上的水電站，其基本原理都是利用水從高處往低流產生的動能發電。2012年，華裔科學家王中林教授成功研發了摩擦納米發電機（triboelectric nanogenerators, TENG）。TENG的工作原理，是通過摩擦起電效應和靜電感應效應把微小的機械能轉換為電能，也就是我們小時候用尺子在頭皮上摩擦後可吸起碎紙屑的現像。這種技術可將固體與固體之間，或者固體與液體之間相互摩擦的能量轉化為電能。也就是說，水化成的雨滴或露珠，以及彙聚成的瀑布或海浪，只要與特定的表面摩擦，產生的動能就可用來發電。
不過，要擴大TENG技術的應用，以進一步開發水中蘊藏的能量仍然存在諸多瓶頸。為了讓水滴盡快排走從而有更多接觸點連續發電，固體界面經常選用疏水或超疏水表面，可是，這些表面在惡劣的環境下很容易失效。例如低溫高濕，水滴會形成冰粒令表面凍結，而處於水下環境，表面則會形成生物膜，這些表面一旦有生物膜粘附，壽命就會縮短，采電效率亦會隨之降低。
香港城大機械工程學系教授兼仿生工程實驗室主任王鑽開教授領導的研究團隊，最近成功克服了上述局限，他們將另一種新興技術超潤滑液體注入型表面（slippery lubricant-impregnated porous surface, SLIPS）與TENG結合，設計出了一種基於超潤滑界面的液-液摩擦納米發電機（SLIPS-TENG）。在低溫的環境裡，這種「雙劍合璧」的發電機比原來基於超疏水固體界面制成的TENG，輸電功率提高了一個數量級以上。
SLIPS這種技術，是哈佛大學的科學家於2011年仿效豬籠草利用滑溜籠口捕獵昆蟲的原理，將低表面張力潤滑液體注入固體材料而制成的液體表面。這種表面超滑抗黏，幾乎能排斥包括血液、油在內的任何液體，兼具快速自動復原功能，在防污、減阻、抗結冰等領域獲廣泛應用。
在這次研究中，研究人員將全氟化的潤滑液注入多孔聚四氟乙烯薄膜中，制成超潤滑SLIPS液體表面，與水形成液-液-固的摩擦界面。新設計的發電機既具備SLIPS的各種優點，亦利用了TENG的技術能更有效地將雨水和波浪的機械能轉化為電能。此外，無論在光學透明性、環境適應性、自清潔性、靈活性和輸電穩定性等方面，它都比單以TENG為基礎的發電機更加優勝，並可在低溫下保持與室溫相約的電能輸出。而且這種超潤滑液體表面容易制造，它還能制成可穿戴的器件。
「這是SLIPS與TENG首次有機地結合，我們將兩項看來截然不同的技術合而為一，並證明液體與液體之間相互摩擦產生的能量也能轉化成電能。從更廣泛的角度來看，兩者的結合將為藍色能源器件設計提出了範式轉換，這些器件會更堅固耐用、功能多樣，並適合在多種環境下應用。」王教授指出。
這項研究由香港城大、中國科學技術大學、華東師範大學和內布拉斯加大學林肯分校（University of Nebraska Lincoln）聯合進行，並獲得香港研究資助局與深圳市科技創新委員會的資助。研究成果最近以"SLIPS-TENG: robust triboelectric nanogenerator with optical and charge transparency using slippery interface"為題，在國內第一份英文版自然科學綜述性學術期刊《國家科學評論》（National Science Review）上發表，文章通訊作者是王鑽開教授，共同第一作者分別是香港城大與中國科學技術大學聯合培養博士研究生徐王淮、華東師範大學周曉峰副教授和香港城大機械工程學系高級研究助理郝崇磊，其他合作者包括內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授及劉源博士、中國科學技術大學徐曉嶸教授，以及香港城大能源及環境學院梁國熙教授、機械工程學系助理教授楊征保博士、以及該系的博士生鄭煥璽和嚴鹹通。
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