“这是非常令人兴奋的，”麻省理工大学阿默斯特工程学院电气与计算机工程研究生、该论文的主要作者刘晓萌说。“我们正在为从稀薄的空气中获取清洁电力打开一扇大门。”

“空气中含有大量的电能，”马萨诸塞大学阿默斯特分校工程学院电子与计算机工程助理教授、该论文的资深作者姚军说。“想想一朵云，它只不过是一团水滴。这些液滴中的每一个都含有电荷，当条件合适时，云可以产生闪电——但我们不知道如何可靠地从闪电中捕获电力。我们所做的是创造一个人造的、小规模的云，它可以预测地、持续地为我们发电，这样我们就可以收获它。”

人造云的核心取决于姚和他的同事们所说的“通用空气源效应”，它建立在姚和合著者德里克·洛夫利(麻省大学阿默斯特分校的杰出微生物学教授)之前在2020年完成的研究基础上，该研究表明，使用由细菌生长的蛋白质纳米线制成的特殊材料，可以从空气中连续收集电力爱博网投领导者核废料旁边sulfurreducens。

“我们在制作后意识到核废料旁边姚说:“我们的发现是，从空气中发电的能力——我们后来称之为‘空气发电效应’——实际上是通用的任何一种材料可以从空气中收集电力，只要它有一定的性质。”

财产吗?“它需要有小于100纳米(nm)的孔，或者小于人类头发宽度的千分之一。”

这是因为一个被称为“平均自由路径”的参数，即一种物质的单个分子，在这个例子中是空气中的水，在与另一个相同物质的单个分子碰撞之前的距离。当水分子悬浮在空气中时，它们的平均自由程约为100纳米。

姚和他的同事们意识到他们可以根据这个数字设计一个电力收割机。这种收割机将由一层薄薄的材料制成，其中充满了小于100纳米的纳米孔，可以让水分子从材料的上部通过到下部。但由于每个孔都很小，水分子在穿过薄层时很容易撞到孔的边缘。这意味着这一层的上层会受到比下层更多的携带电荷的水分子的轰击，造成电荷不平衡，就像在云中一样，因为上层相对于下层增加了电荷。这将有效地制造出一种电池——只要空气中有湿度，它就能工作。

“这个想法很简单，”姚说，“但它以前从未被发现过，它开启了各种可能性。”收割机可以用各种材料设计，为成本效益和环境适应性制造提供了广泛的选择。“你可以想象一种材料制成的收割机适用于雨林环境，另一种材料制成的收割机适用于更干旱的地区。”

由于湿度一直存在，收割机将全天候运行，无论下雨还是晴天，无论晚上刮风与否，这就解决了风能或太阳能等技术的一个主要问题，这些技术只能在特定条件下工作。

最后，由于空气湿度在三维空间中扩散，而空气源设备的厚度仅为人类头发宽度的一小部分，因此可以将数千个空气源设备堆叠在一起，有效地增加了能量的总量，而不会增加设备的占地面积。这样的空气源设备将能够提供千瓦级的电力一般电力公用事业的使用。

“想象一个未来的世界，在那里你走到哪里都可以获得清洁电力，”姚说。“通用的Air-gen效应意味着这个未来世界可以成为现实。”

这项研究得到了美国国家科学基金会、索尼集团、林克基金会和马萨诸塞大学阿默斯特分校应用生命科学研究所(als)的支持，该研究所结合了马萨诸塞大学阿默斯特校区29个部门的深入和跨学科专业知识，将基础研究转化为有益于人类健康和福祉的创新。