力学讲座-水伏科学与水伏技术

人类正面临气候变暖和能源、水资源短缺等众多挑战。发展利用太阳光热的新途径、提升利用太阳光热的能力是人类未来实现可持续发展的必由之路。太阳辐射到地表能量的近70%被水吸收，因此从地球水循环中获取能量极其重要，但传统技术主要利用水的机械能驱动水轮机间接发电。从波浪、雨滴、蒸发等水循环中直接捕获电能将极大拓展水能利用的能力。然而，相关研究因横跨流体和固体两种介质，且涉及到固液界面力-电-热耦合的微观动力学过程等，极具挑战。近十年来，团队深入微观层次研究固液界面能量转换新规律，发现水滴或波浪在功能材料表面运动致使其两端产生的滴水势、波动势，以及水在炭黑材料表面自然蒸发引致薄膜两端产生的蒸发势等一系列物理效应，实现了利用水与材料相互作用从地球水循环的各个环节捕获电能。类比光伏，他们将这一系列效应称为水伏效应。《自然-纳米技术》对水伏研究进行封面推荐，称之为“水伏学—从水获电的新途径”，被国际同行学者广泛关注和跟进，迅速在全球掀起研究热潮。水伏科学研究促进了力学、物理、化学等学科的交叉融合，形成了基于固液界面力电耦合的能量转换新技术，水伏器件输出功率在短短几年内提升了三到六个数量级，已初现技术变革端倪。