雨水發電新突破！科學家利用「塞狀流」點亮LED燈

當兩種材料相互接觸時，表面帶電的粒子會產生微小的位移。就像我們用氣球摩擦皮膚會產生靜電一樣，水流過某些表面時也會獲得或失去電荷。現在，科學家在《ACS中央科學》期刊發表了一項突破性研究，成功利用這種現象從模擬雨滴的流動中產生電力。

這項研究的通訊作者Siowling Soh解釋道：「當水以特定流動模式——塞狀流（plug flow）透過垂直管時，可以產生相當可觀的電力。這種流動模式讓我們有機會從雨水中獲取清潔且可再生的能源。」研究團隊的實驗裝置成功點亮了12顆LED燈泡，展現了這項技術的潛力。

傳統水力發電需要推動渦輪機才能產生電力，但這種方式僅適用於河流等大量水源。對於流量較小的情況，科學家轉而利用「電荷分離」現象——當水流經具有導電內表面的管道時會產生電荷。然而，這種方法的效率極低，因為電荷分離僅限於水接觸的表面。

過去科學家嘗試透過微米或奈米級管道來增加表面積，但這些微小管道不僅難以讓水自然透過，若使用泵浦又會消耗比產出更多的能量。為此，Soh、Chi Kit Ao和他們的團隊決定開發一種能讓雨水自然透過的較大管道系統。

研究團隊設計了一個簡單的實驗裝置：水從塔底流出，透過金屬針頭形成雨滴大小的水滴，然後噴入一個高32公分、直徑2毫米的垂直聚合物管中。水滴在管頂的正面碰撞形成了塞狀流——由短水柱和氣泡交替組成的特殊流動模式。

當水沿著管內壁流下時，電荷開始分離。研究人員在管頂和底部收集杯之間連線導線來獲取電力。結果顯示，塞狀流系統能將超過10%的水流能量轉化為電力，效率比連續水流高出五個數量級。

在後續實驗中，研究人員發現同時或連續使用兩根管道可使發電量倍增。基於這個發現，他們使用四根管道的裝置成功讓12顆LED燈泡持續點亮20秒。這項技術不僅設定和維護比傳統水力發電廠更簡單，更適合應用在都市空間如建築屋頂，為再生能源開闢了新途徑。

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