韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)院（UNIST）的一支研究團隊研發(fā)出一項新技術(shù)，可通過雨滴撞擊屋頂?shù)膭幽軐崿F(xiàn)發(fā)電，為強降雨天氣下的自動化排水調(diào)控與洪水預(yù)警，提供了一種自供能解決方案。

該團隊由UNIST機械工程系樸英彬（音譯）教授領(lǐng)銜，利用碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）研制出一款液滴式發(fā)電器（DEG）。這款名為“超疏水纖維增強復(fù)合材料基液滴式發(fā)電器（S-FRP-DEG）”的裝置，可將雨滴下落的沖擊力轉(zhuǎn)化為電信號，無需外接電源即可驅(qū)動雨水管理系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。碳纖維增強復(fù)合材料具備輕質(zhì)、耐用、高強度及耐腐蝕的特性，非常適合長期戶外安裝于屋頂及其他暴露于外界的城市構(gòu)筑物。

該發(fā)電器的發(fā)電原理與靜電荷產(chǎn)生過程類似。當(dāng)帶正電的雨滴接觸到器件帶負(fù)電的超疏水表面時，液滴會快速脫離并滾落，此過程伴隨電荷轉(zhuǎn)移。這種電荷運動可驅(qū)動電流流經(jīng)內(nèi)置的碳纖維，幾乎能實現(xiàn)瞬時發(fā)電。

傳統(tǒng)金屬基液滴發(fā)電器易受濕氣與城市污染物的侵蝕而發(fā)生腐蝕，與之不同，這款碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）基發(fā)電器可在惡劣環(huán)境條件下保持穩(wěn)定性能。研究團隊還通過對器件表面進行紋理化處理，并引入仿荷葉涂層，進一步提升了發(fā)電效率——該設(shè)計既增強了疏水性，又能防止灰塵與煙塵堆積。

金屬材質(zhì)的傳統(tǒng)液滴發(fā)電器往往會因污染和濕氣侵蝕而出現(xiàn)腐蝕問題。而UNIST團隊研發(fā)的這款CFRP基器件則攻克了這一難題，可長期保持優(yōu)異的耐久性與穩(wěn)定性。

實驗室測試數(shù)據(jù)顯示，一滴體積約92微升的雨滴，即可產(chǎn)生最高60伏特的電壓與數(shù)微安的電流。將4個該器件串聯(lián)后，系統(tǒng)可短時點亮144盞LED燈，這一結(jié)果驗證了該技術(shù)的可擴展性。

研究團隊還在真實場景中對該技術(shù)進行了驗證——他們將器件安裝在建筑物屋頂與排水管上。結(jié)果表明，隨著降雨強度的增大，器件產(chǎn)生的電信號會變得更強、更頻繁。基于這一特性，該系統(tǒng)能夠區(qū)分小雨、中雨與大雨，并在必要時自動啟動排水泵。

“這項技術(shù)能夠讓城市基礎(chǔ)設(shè)施僅依靠雨水自身的能量，實現(xiàn)降雨監(jiān)測與洪澇風(fēng)險應(yīng)對。”樸教授表示，“展望未來，該技術(shù)可進一步整合至各類移動系統(tǒng)中，包括汽車或飛機——這些領(lǐng)域早已廣泛使用碳纖維復(fù)合材料。”

該研究由李成煥博士與金宰辰博士（均為音譯）擔(dān)任第一作者。研究成果由韓國科學(xué)技術(shù)信息通信部（MSIT）與韓國國家研究基金會（NRF）資助，于2025年11月20日發(fā)表在《先進功能材料》期刊的網(wǎng)絡(luò)版上。