一个研究小组最近开发了一种基于液滴的发电机(DEG)，其特点是具有类似场效应晶体管(FET)的结构，与没有类似场效应晶体管的结构相比，该结构允许高能量转换效率和增加数千倍的瞬时功率密度。
这将有助于推进水能发电的科学研究和解决能源危机，有效地利用雨滴发电已经更进一步了。
这项研究由城市大学机械工程系的王祖安凯教授、内布拉斯加-林肯大学的曾程潇教授和中国科学院纳米能源与纳米系统研究所的创始人兼首席科学家王忠林教授共同领导。
电能转换效率大大提高水力发电并不新鲜。
地球表面大约70%被水覆盖。
然而，由于当前技术的限制，包含在波浪、潮汐甚至雨滴中的低频动能不能有效地转化为电能。
例如，基于摩擦电效应的传统液滴能量发生器可以在液滴撞击表面时产生由接触带电和静电感应引起的电。
然而，在表面上产生的电荷量受到界面效应的限制，结果，能量转换效率相当低。
为了提高转换效率，研究团队已经花了两年时间开发DEG。
其瞬时功率密度可达50.1瓦/米2，比没有使用场效应晶体管类设计的其他类似器件高几千倍，能量转换效率明显更高。
这项发明有两个关键因素。
首先，研究小组发现，连续液滴撞击聚四氟乙烯(一种具有准永久电荷的驻极体材料)为高密度表面电荷的积累和储存提供了一条新的途径。
他们发现，当水滴不断撞击聚四氟乙烯表面时，产生的表面电荷会累积并逐渐达到饱和。
这一新发现有助于克服以前工作中遇到的低电荷密度的瓶颈。
独特的场效应晶体管状结构他们设计的另一个关键特征是一套类似场效应晶体管的独特结构，场效应晶体管是1956年获得诺贝尔物理学奖的创新产品，现已成为现代电子器件的基本构件。
该装置由一个铝电极和一个沉积有聚四氟乙烯薄膜的氧化铟锡电极组成。
聚四氟乙烯/氧化铟锡电极负责电荷的产生、储存和感应。
当下落的水滴撞击并扩散到聚四氟乙烯/氧化铟锡表面时，它自然地“桥接”铝电极和聚四氟乙烯/氧化铟锡电极，将原来的系统转变成闭环电路。
通过这种特殊的设计，高密度的表面电荷可以通过连续的液滴撞击累积在聚四氟乙烯上。
同时，当扩散的水连接两个电极时，聚四氟乙烯上储存的所有电荷都可以完全释放出来以产生电流。
结果，瞬时功率密度和能量转换效率都高得多。
“我们的研究表明，从15厘米的高度释放100微升(1微升=百万分之一升)的水可以产生超过140伏的电压。
所产生的能量可以点亮100个小的发光二极管灯泡，”王教授说。
他补充说，瞬时功率密度的增加不是由额外的能量引起的，而是由水自身动能的转换引起的。
“下落的水所产生的动能是由重力产生的，可以认为是自由的和可再生的。
应该更好地利用它。
”他们的研究还表明，相对湿度的降低不会影响发电效率。
此外，雨水和海水都可以用来发电。
促进世界的可持续性王教授希望这项研究的结果将有助于收获水能，以应对全球可再生能源短缺的问题。
“用雨滴代替石油和核能发电可以促进世界的可持续发展”。
从长远来看，新的设计可以应用和安装在液体与固体接触的不同表面上，以充分利用水中的低频动能。
这可以从渡船的船体表面、海岸线，到雨伞表面，甚至是水瓶内部。
