纳米设备可以从蒸发的水龙头或海水中产生能量

蒸发是一个无处不在的自然过程，以至于我们大多数人都认为这是理所当然的。事实上，大约一半到达地球的太阳能驱动着蒸发过程。自2017年以来，研究人员一直致力于通过光伏效应来利用蒸发的能量潜力，当流体通过纳米级设备的带电表面时，可以获得电力

蒸发在这些设备内的纳米通道内建立了连续流动，这些通道起到被动泵送机制的作用。这种效应也出现在植物的微毛细管中，由于毛细管压力和自然蒸发的结合，水在微毛细管中传输

尽管目前存在水力发电设备，但对控制纳米级高压能源生产的条件和物理现象的功能了解很少。工程学院能源技术纳米科学实验室（LNET）负责人Giulia Tagliabue和博士生Tarique Anwar希望填补这一信息空白

他们利用实验和多物理建模的结合来表征流体流动、离子流动和固液相互作用引起的静电效应，目的是优化HV设备

Tagliabue说：“多亏了我们新颖的、高度可控的平台，这是第一项通过强调各种界面相互作用的重要性来量化这些光伏现象的研究。但在这个过程中，我们也做出了一个重大发现：光伏设备可以在大范围的盐度下运行，这与之前的理解相矛盾，即需要高纯水才能获得最佳性能。”

LNET研究最近发表在Device上

研究人员的设备代表了一种名为纳米球胶体光刻技术的首次水电应用，该技术使他们能够创建一个由精确间隔的硅纳米柱组成的六边形网络。纳米柱之间的空间为蒸发流体样品创造了完美的通道，并且可以进行微调，以更好地了解流体限制和固体/液体接触面积的影响

“在大多数含有盐水溶液的流体系统中，正离子和负离子的数量相等。然而，当你将液体限制在纳米通道中时，只会保留极性与表面电荷相反的离子，”安瓦尔解释道。Tagliabue补充道：“这意味着，如果你允许液体流过纳米通道，你就会产生电流和电压。”

“事实上，随着流体离子浓度的增加，纳米器件的表面电荷也会增加。因此，我们可以在处理更高浓度的流体时使用更大的流体通道。这使得制造与自来水或海水一起使用的器件变得更容易，而不仅仅是纯净水。”

因为蒸发可以在很宽的温度和湿度范围内持续发生，甚至在晚上也可以，因此更高效的高压器件有许多令人兴奋的潜在应用

研究人员希望在瑞士国家科学基金会启动拨款的支持下探索这一潜力，该基金会旨在开发“一种全新的大尺度和小尺度余热回收和可再生能源发电模式”，包括在日内瓦湖的真实世界条件下的原型模块

由于高压设备理论上可以在任何有液体的地方运行，甚至可以在有水分的地方运行（如汗液），因此它们也可以用于为连接设备的传感器供电，从智能电视到健康和健身可穿戴设备。凭借LNET在光能收集和存储系统方面的专业知识，Tagliabue还热衷于了解如何利用光和光热效应来控制高压系统中的表面电荷和蒸发率

最后，研究人员还看到了高压系统和清洁水发电之间的重要协同作用

“自然蒸发用于驱动海水淡化过程，因为淡水可以通过冷凝蒸发表面产生的蒸汽从盐水中获取。现在，你可以想象使用高压系统同时生产清洁水和利用电力，”安瓦尔解释道