利用奈米管的極佳滲透性發展再生能源

作者：駐法國代表處科技組　現職：駐法國代表處科技組
文章來源：法國國家科學研究中心(CNRS)
發佈時間：2013.07.06

利用淡水和海水的鹹度不同，成為獲取再生能源的方法之一。然而，以目前的技術而言，能獲得的產量並不高，造成使用上的限制。這項障礙正在解決當中。一個由「光物質研究所」（ILM，由法國國家科學研究中心[CNRS]、里昂一大共同組成）的物理學家組成的團隊，與法國國家科學研究中心的尼爾凝態物理基礎研究室（IN）合作，發展回收此類能源的新方法：利用Bore-Azote奈米管的滲透流動，可以產生巨大的電流，效能比目前所能獲得的還要多1千倍以上。為了達到此一結果，研究員發展了一套十分具原創性的設備，首次可以研究僅透過奈米管進行的流體滲透運輸。研究成果已發表在2月28日的《自然》期刊（Nature）上。

當鹹水槽與淡水槽透過合適的半滲透性薄膜進行接觸時，就會產生滲透現象。因此，利用鹽梯度來產生電力是有可能。方法有兩種：一是透過兩槽之間的滲透壓差來轉動渦輪；二是使用只能讓離子通過的薄膜來生產電流。這類能源集中在河口。理論上，全球滲透能源的電量至少有1兆瓦（TW），相當於1千座核反應爐。但是，目前回收該能源的技術十分不完善，每平方公尺的薄膜只能獲得3瓦特（Watt）的電力。為此，光物質研究所的物理學家與尼爾凝態物理基礎研究室合作，試圖排除這項障礙。

首要目標是研究奈米尺度空間如奈米管裡面的密閉式流體力學。研究員利用生物學與細胞通道研究，首次成功測量到經過單一奈米管的滲透流動。此一實驗設備為一張不透水的絕緣薄膜，膜上有一個洞。研究員利用掃描式穿隧顯微鏡（STM）的尖端，讓外部直徑為幾十奈米尺度的Bore-Azote奈米管通過這個洞。沈入奈米管兩側液體的電極可以測量穿透薄膜的電流。鹹水槽與淡水槽被這張薄膜分開後，在穿過奈米管時，會產生巨大的電流，這是因為Bore-Azote奈米管表面有大量的負電荷，會吸引鹹水中的正離子。穿越Bore-Azote奈米管的電流密度以「奈米安培」（nanoampère）計算，比其他滲透能源回收方式所產生的電流還要強上1千倍。

因此，Bore-Azote奈米管可以進行效果極佳的能量轉換，將鹽梯度裡的能量直接轉換成能夠使用的電能。將這項成果類推至大範圍，每平方公尺的Bore-Azote奈米管薄膜應該可以有大約4千瓦（KW）的電力，每年可以產生30兆瓦小時（MWH）（註一）的電力。這些性能比目前使用中的標準滲透發電廠的性能還要高出3個等級。研究員目前想要研究如何製造由Bore-Azote奈米管組成的薄膜，並測試奈米管不同組合的性能。

（註一）1瓦特小時等於具有1瓦特功率的系統在1個小時內消耗或提供的能源。

來源：國科會簡訊網