近日，我院吴昊教授团队及香港理工大学、香港城市大学合作者在蒸发能量收集研究领域取得新进展，相关成果以“Drinking-bird-enabled triboelectric hydrovoltaic generator（饮水鸟驱动的摩擦式水伏发电机）”为题发表在Cell的姊妹刊Device上。吴昊教授为第一作者，香港理工大学王钻开教授为通讯作者，华南理工大学为本论文第一单位。
作为地球上最大的能量载体，水蒸发过程捕获了地表近一半的太阳辐射能量，若能将其高效转化为电能则对于人类社会的可持续发展具有重要意义。虽然目前已经开发出了许多将蒸发能转化为电能的水伏发电技术，但这些技术在很大程度上依赖于离子在纳米材料附近运动产生的较低的流动电势（streaming potential），离子-材料相互作用的有限空间和对水体的利用不足导致该过程能量转换效率通常较低。
基于此，本文提出了一种利用水蒸发潜热和摩擦电效应收集蒸发能的新方法。该装置结合了一个“饮水鸟”发动机和一个摩擦电纳米发电机，首先将蒸发的潜热转化为低频运动，然后将机械能转化为电能。利用这种饮水鸟摩擦水伏发电机（DB-THG），通过自然环境中的水分蒸发可产生超过100 V的电压，远超以往报道数值。研究团队成功利用该技术，通过水蒸发能量为液晶显示器、温湿度传感器等小型电子设备供电。该项研究为蒸发能量高效收集提出了新的技术路径及可行的技术方案。
文章发表后受到国内外的广泛关注，被CNN、CBS、Eurek Alert 、Electronics Weekly、Tech Xplore、ScienceDail、南华早报、中国科学报、腾讯网等国内外媒体追踪报道和邀请专访。
CBS：https://www.cbsnews.com/news/drinking-bird-science-class-toy-renewable-clean-energy-idea-study/
Electronics Weekly：https://www.electronicsweekly.com/news/research-news/drinking-bird-toy-could-power-an-iot-node-2024-03/
Eurek Alert：https://www.eurekalert.org/news-releases/1036858
科学网（中国科学报）：https://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2024/3/519171.shtm
论文连接：http://dx.doi.org/10.1016/j.device.2024.100318
以下转载科学网报道：
灵感来自饮水鸟玩具的发电机
科学网3月16日讯（记者冯丽妃）华南理工大学物理与光电学院教授吴昊和合作者受饮水鸟玩具的启发，开发了一种发动机，可有效将水蒸发的能量转化为电能，为小型电子设备提供动力。相关研究3月15日发表于Device。
这台设备产生的能量输出可超过100伏——比其他用水发电的技术要高得多，只用100毫升水作为燃料就能持续工作数天。“这台发电机提供了一种在环境条件下为小型电子设备供电的独特方法，它利用水作为燃料来源。看到实际结果时，我们感到十分惊讶和兴奋。”吴昊说。
饮水鸟玩具，又被称为“傻鸟”，数十年来一直是科学教室的固定设备。这个玩具由两个玻璃灯泡组成，由一根玻璃管连接，里面储存着一种高度挥发的液体——二氯甲烷。通过运用蒸发吸热、饱和汽压与温度关系等物理学原理，只要在鸟嘴前面放上一杯水，把鸟嘴浸到水里“喝”一口水，鸟就会直立并摆动起来，然后再自动俯身“喝”水、直立。
博士后期间，吴昊就为如何让蒸发能源发电机产生更大的电压输出而困惑，她想起了饮水鸟玩具：它不仅仅是一个展示物理概念的工具。“我开始考虑是否可以先将蒸发能转化为机械能，然后再转化为电能。就在那时，利用饮水鸟玩具的想法出现在脑海中。有了这个灵感，饮水鸟摩擦水力发电机的概念就诞生了。”她说。
为了制造这个发电机，吴昊和合作者在一个饮水鸟装置的两侧安装了两个摩擦电纳米发电机模块——它们可以收集机械能。该装置是他们利用一个商业饮水鸟玩具重建的。研究人员用各种小型电子设备进行了测试，它能为液晶显示器、温度传感器和计算器供电。
吴昊说，克服使发电机减速的摩擦是这项研究的主要挑战。他们将图案纤维作为摩擦纳米发电机模块的电荷转移材料，这有助于减少摩擦，使设备运行更平稳。
下一步，研究小组计划设计一种新的饮水鸟，而不是使用市售的玩具，目标是更有效地将水蒸发转化为电能。“我们将探索这种设备的各种应用场景，最终目标是提供一种可以在我们日常生活中使用的实用产品。”吴昊说。（来源：中国科学报 冯丽妃）