然而，传统纳米发电机在复杂工况下的稳定性问题，始终是制约其实际应用的关键瓶颈。例如，在高湿环境下，器件表面容易形成连续水膜，从而屏蔽表面电荷，削弱接触起电效应；在高温条件下，表面电荷又容易因热电子发射而加速耗散，导致器件输出性能显著下降。因此，如何实现纳米发电机在高温、高湿等苛刻环境中的稳定运行，已成为该领域亟待解决的重要科学问题。

　　近期，华南理工大学物理与光电学院、先进造纸与纸基材料全国重点实验室吴昊教授团队首次证明了液滴赋能纳米发电机（D-NG）在高温高湿条件下可实现超稳定电能输出，并系统揭示了其在复杂环境中的稳定工作机制。

图文解读

　　研究表明，该器件能够在10%至90%相对湿度、278至358 K温度区间，以及1至100 mM NaCl盐度条件下保持稳定的电输出，显著克服了传统固体纳米发电机（S-NG）在复杂环境中性能衰减的缺陷。实验结果显示，在10%到90%相对湿度范围内，D-NG的输出电压几乎保持不变，峰值稳定在约250 V；相比之下，传统S-NG的输出则随着湿度升高而明显下降。在温度变化实验中，D-NG同样表现出优异的稳定性，并可在高达358 K条件下仍持续稳定工作。此外，研究团队进一步验证了该器件在不同盐度条件和不同介电材料体系中的稳定性能，并将其组装成模块化系统，在90%相对湿度、318 K的严苛条件下实现了对电子器件的稳定驱动，展现出良好的实际应用潜力。

　　作者进一步系统阐述了该器件在极端条件下实现稳定运行的内在机制。研究发现，在高湿环境中，传统S-NG表面容易形成连续水膜，影响摩擦界面的有效接触，导致输出大幅衰减；而D-NG中的液滴在接触和铺展过程中能够吸附并带走表面水膜，从而避免水膜持续存在，保证接触起电过程有效进行；在高温环境下，传统S-NG由于反复摩擦会加剧表面粗糙化，增强热电子发射，导致电荷更快流失；相比之下，液滴与表面之间的摩擦极小，能够有效维持D-NG表面结构和电荷状态的稳定性，从而维持持续输出。

　　本研究拓展了纳米发电机在严苛环境下的应用边界，为复杂工况下可靠能量采集、器件结构优化及性能提升提供了新思路，对推动其实用化进程具有重要意义。

图1. ;D-NG和S-NG对比。（a）D-NG和S-NG的工作原理图。不同湿度下的D-NG（b）和S-NG（c）输出电压；以及不同湿度（d）和温度（e）下D-NG和S-NG的归一化输出电压。

图2. D-NG在各种严苛环境下的输出性能。（a）D-NG的工作机制：（i）液滴撞击前，（ii）液滴扩散并接触电极产生电流，（iii）液滴收缩产生反向电流，（iv）液滴脱离。（b-c）不同湿度（b）和温度（c）下的D-NG电压波形。（女生）D-NG在不同碱性环境（d）、碱性和湿度复合条件（e）以及碱性和温度复合条件（f）下的输出电压。

图3. D-NG的等效电路模型及其在不同负载电阻下的输出性能。（a）D-NG的等效电路模型。（b-c）电荷随D-NG在不同湿度（b）和温度（c）下的负载电阻的变化。（D-E）功率（d）和能量（e）随负载电阻在不同湿度和温度条件下的变化。

图4. 纳米发电机在严苛环境中的工作机制及潜在应用。（a-f）纳米发电机在高湿度条件下的表面性能。大气中的水分在S-NG（b）和D-NG（c）的摩擦表面凝结为微小水滴和水膜（a）。（d）D-NG液滴在接触和划过摩擦表面时能有效吸收并去除已形成的水膜。（e）S-NG中形成的水膜阻碍了固体之间的完全接触和摩擦，从而阻碍界面上稳定表面电荷的形成。（f）D-NG中的连续液滴撞击防止摩擦表面水膜的持续形成，从而实现稳定输出。（g-k）纳米发电机在高温环境下的表面性质。（g-i）扫描电子显微镜（SEM）拍摄的摩擦面（FEP）图像，初始表面（g）、固体摩擦10分钟后（S-NG）（RH 50%，318 K）（h）、液滴撞击10分钟后（D-NG）（RH 50%，318 K）（i）。（j-k）S-NG（j）和D-NG（k）热电子发射行为的示意图。（l-m）纳米发生器在严苛环境中的潜在应用演示：由D-NG点亮的80个LED在不同湿度和温度下亮度相似（l），而S-NG在高湿度和高温下点亮的80个LED则亮度较暗（m）。