人工“树叶”为纳米发电提供新思路

　　据英国《新科学家》杂志报道，近日，美国的电力工程师发明了一种人工合成的“树叶”，利用这种树叶的“蒸腾”作用可以发电。这一发明也许为未来的纳米发电找到了方向。

　　人工“树叶”发电原理有创意

　　美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家米歇尔·马哈比兹（Michel Maharbiz）与密歇根大学和麻省理工学院的同事们一起，建立了一种能够模拟蒸腾作用的人工合成树叶。这种“树叶”实际上是一个玻璃薄片，上面有均匀分布的大大小小的模仿树叶纹理的微流通道。通道内是可以流动的液体，可以用来产生蒸腾作用。蒸腾作用实际上是植物的一种内在的毛细管作用，它能把水分从根部向上抽，使水分抵达树木的枝端。“树叶”上的通道大小不同，其中更微小的通道可以延伸至“树叶”的顶端，并且有开放的孔隙使液体蒸发。叶片的中央有一个主泵，把液体源源不断输送到树叶通道的顶端，并以1.5厘米/秒的速度流动。

　　这种合成“树叶”的发电原理颇富有创意。它是利用水分蒸腾产生的“气泡”发电。据研究人员介绍，在“树叶”的茎上装有一些与电路连接的金属板。而带电金属板和茎中的水形成的装置就和一个电容器无异。当“汽泡”周期性地阻断水流入叶片时，叶片就变成了一个电源。由于水和空气的电属性不同，每当气泡通过金属板时，装置的电容就会变化，同时产生少量的电流。电流连接外电路，在储能电容器内储存。马哈比兹说：“我们利用液体流动的机械能来改变装置电容，并增加储能电容器内的能量。”

　　每一个气泡能产生的电压大概是2至5微伏（1微伏等于1伏特的百万分之一），而这种树叶每立方厘米的功率可以达到大约2微瓦。马哈比兹说：“我认为，在经过改良后，每立方厘米可以很容易达到数百微瓦。”

　　为纳米发电提供新思路

　　“虽然目前它的功率密度还仅是普通电源系统（如燃料电池）的一小部分，但是它却有希望成为一种新的纳米发电系统。”马哈比兹说。

　　这种装置可以提高“人工合成树”产生蒸腾作用的效率，并且可以通过“树”的周期性湿度调节来进行发电。虽然这种装置输出的功率远远不如太阳能发电，但是马哈比兹认为它可以作为太阳能技术的一个互补性技术，因为太阳能产生的电还可以驱动人工树叶的“蒸腾器”以提高发电效率。

　　尽管人工光合作用的想法还没能取得突破，但是人工合成树以及人工合成树叶已经出现。纽约康奈尔大学的亚伯拉罕·司卓科认为，这是人类第一次尝试利用植物的蒸腾作用的原理进行发电。然而，他也指出，一个名叫Voltree的美国公司已经成功地利用土壤和真正树木之间的pH值差异捕获了能量。

　　这项新研究面临的一个问题就是电容器发电必须要通过“汽泡”。而“汽泡”不能进行长距离的蒸腾作用，因为它会破坏水不间断流动所需要的张力。马哈比兹说，他可以通过使用固体绝缘材料代替“汽泡”来解决这一问题，固体绝缘材料在水中被不断拉扯、转动，就像水车不断转动产生电容差来发电的道理一样。