雨伞也能发电

唯　实

雨伞发电，真是闻所未闻!雨伞本身除非是装上了普通发电机，再用燃油或燃气等动力驱动发电机发电，否则是发不出电来的。但是，有一种特制的雨伞的确可以利用雨滴来发电。这掀开了近两年来人们纷纷寻找可替代的无需燃油等矿物燃料各种可再生能源新的一页。

去年，法国CEA Leti-Minatec研究所的研发工程师Guigon等人发表了两篇论文，论文指出当雨滴滴在氟化聚偏二乙烯聚合物(PVDF)压电材料，所产生的振动能由于压电效应，最后转变成电能。那么，什么是压电效应?1880年，法国物理学家居里发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。所以，能产生压电效应的晶体材料就是压电材料。不久后，居里又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。

根据Guigon等人的工作，一个名叫Sang-Kyun Park的人于2008年12月设计了用PVDF压电材料能够发电的雨伞。他设想，下落到雨伞上雨滴的势能撞击PDVF膜转变成电能，然后供电给装置在伞中的LED灯，把雨伞照亮，从而照亮下大雨天色暗淡时的行人，如左图所示。

通常的雨滴大小(直径)为1mm，下降速度为3m/s。而且，科学家已经证明，雨滴碰撞完全产非弹性激波，换而言之是不会因为弹性碰撞而损耗掉能量。Guigon等人的实验表明，当雨滴滴在25微米厚的PVDF膜上，膜开始振动，安装在膜上的电极就会测量出振动所产生的电能。他们测定了不同膜片厚度、雨滴不同下降高度以及下降速度情况所产生的电能。发现缓慢下降的雨滴产生更多的电能，这是因为高速下降的雨滴往往会因为溅开而损失一些能量。另外还发现，雨滴愈大，振动愈厉害，产生的能量愈多。随着雨滴大小的变化，每滴雨滴产生的能量在2 u～1mJ之间。参加实验的一个成员说：“对于几个平方厘米的雨伞面积而言，所能够得到的能量在数W到10mW之间。以法国的下雨情况，每平方米雨伞面积一年能够产生1wh的电。”显然，所产生的电能还相当小，要想用来驱动你的IPod，现时还做不到。就是用来点亮LED灯，也同样需要改进和提高。但是将来还有很多的空间，毕竟压电材料技术非常新，而雨伞发电才不过一年的时间。

科学家正在准备进一步改进，提高发电量。同时，也考虑发展储存雨伞发电的方法，为实际使用提供稳定的电流。