使用非平面电介质收集太阳热量和雨滴能量

在大流行后的世界中，随着电力需求的不断增加，经济活动逐渐复苏，依赖天气的太阳能、风能和雨能收集对实现碳可持续性和净零排放至关重要。无处不在的环境能源，例如太阳光照、风波动、地热、湿度变化和雨滴，通常依赖于季节/气候，并表现为晴天/阴天/雨天和昼夜循环。

最近，利用热释电技术实现了单一太阳能热收集的输出功率密度为10至1000μWm-2。然而，这些传统的平面设备均匀地捕获太阳热量，受到整个设备上同时且均匀的热场传播的限制，从而导致低时间温度变化和偏振变化。

同时，这种平坦的电介质对于基于雨滴的摩擦生电来说是不可行的，因为静电感应和摩擦起电取决于液-固接触/分离过程中水滴滑动面积的时间变化。

为了克服这些障碍，必须开发其他能量收集替代方案，采用非平面或弯曲的体电介质来获得不均匀的局部热量和静电场传播，以增强热释电和摩擦电输出，以实现适应天气的能量回收。

由何嘉庆教授(南方科技大学)和GhimWeiHo教授(新加坡国立大学)领导的一项新研究在《国家科学评论》上发表了一篇文章。在其中，YiZhou和实验室主任He和Ho解释了具有高结构自由度的非平面或非平面电介质如何有助于天气适应性环境能量收集，例如在晴天、阴天、夜间和雨天。

该团队提出了一种“一石二鸟”的新范例，利用非平面电介质克服传统环境热量和雨滴能量收集器的独立性。他们发现非平面多层电介质限制了局部太阳热沿面内方向的传播，从而增加了不均匀的空间极化和热释电。

同时，这种具有弯曲结构和纹理形态的非平面结构促进了水滴的扩散和分离，从而提高了整体感应静电荷，从而增大了摩擦电。

因此，非平面发电机由广泛使用的塑料(含氟聚合物和聚四氟乙烯)组成，无需消耗额外的太阳热能和雨滴能量，也无需调整电介质特性，可实现经济高效的太阳热能和雨滴能量收集，输出功率增量达174.3%根据实验室测量，分别为65.4%和65.4%。

结合可扩展的制造技术，研究人员还在晴天、阴天、夜间和雨天进行了户外原位测试，以实现全天候能量收集。“这些结果不仅为环境热量/雨水回收开辟了新途径，而且还为其他高熵能源升级循环提供了灵感，”周毅说。

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