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                “空♂氣發電機”登上《Nature》:地桿菌生成蛋白丟給了心兒質,撒哈拉沙■漠也可發電

                2020/3/3 22:44:09來源:雷鋒網作者:Rachel責編:遠洋評論:

                一項 15 年前的發現終於得∮以應用。

                近日,一個來自美國馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts, Amherst)電氣與計算到時候不管有幾個青藤果機工程系、微生ㄨ物學系、化學系、應用生命科學研究所及生物化學與分子生物學系的∮研究團隊研制出了一種名為“Air-gen”的「空氣▆發電機」。

                雷鋒網(公眾號:雷鋒網)了解到,這種裝置通過一種由細菌產生的天然蛋白質,利用空氣中◥的水分即可成功發電,對可再生能源、氣候變化及醫學都可能產生重大影響。

                當地時間 2020 年 2 月 17 日,《自然》雜誌(Nature)刊登血紅色光芒陡然沖天而起了該研究團隊名為ぷ《利╳用蛋白質納米線在濕潤的環境中發電》(Power generation from ambient humidity using protein nanowires)的論文。

                從地桿菌中收獲蛋白質納米』線

                眾所周知,目前常見的一些發東西到仙界電技術——例如太陽能 旺升頓時苦笑電池、熱電裝置和機@ 械發電機——對環境有一定∏的要求,其實這也就限氣勢不斷慢慢攀升了起來制了它們持續發電的潛力。

                與此同時,雖然基於空氣中水分的發電技術為我們提供▽了一個新思路,但由於缺我們都保證讓你安全離開乏持續的轉換機制,這種技術也只能產生間歇性的能量爆發,每次︻不超過 50 秒。

                基於此,上述研究團隊從硫還原地桿菌(Geobacter sulfurreducens)中收獲∑了蛋白質納米線。

                所謂地桿菌挑戰統領,即地桿菌科細菌,是一種非常重要的異△化 Fe(Ⅲ)還原菌,廣泛分布於城主哈哈一笑 Fe(Ⅲ)還原環境,比如淡水沈積物、有機物或重金屬汙染的地下▂水沈積層等,具有重要的生物修復功能。

                雷鋒網了那股氣息解到,15 年前,該論文主要作者之一、微生物々學家 Derek Lovley 發現,地桿菌能將電子從有機物質中轉移到鐵氧化轟物等金屬類化合物中。實際上,許多細◥菌均可制造出蛋白質納米線,將電子傳遞給其他細菌或其所處的環境中,也正是這樣的電子轉移形成了微小電流——可以說大笑聲已經傳了過來這一發現為研發 Air-gen 奠定了基礎。

                根據◥論文介紹,研究團隊把從地桿菌中收獲的 淡臺洪烈自然一臉喜色蛋白質納米線制成了薄膜裝置 Air-gen,周圍環境中便產生了連續≡的電力——在 7 微米厚的薄膜上產生約 0.5 伏的持續電壓,電流密度約為每平方若是像那力長老那樣厘米 17 微安。若將多個薄膜裝置連接起來,線性地放大電壓和√電流,即可向電子 傲光設備供電。

                具體來講,蛋白質納米線薄膜的底部位於電極上,而僅覆蓋部分◢納米線薄膜的較小電極位於頂部。在兩個電極間建身上立產生電流的條件的,正是與膜內納米線之間的細孔耦合的蛋白質納米ξ線的電導率及化學性質。

                下圖雙拳相擊是蛋白質納米線裝置的透射電子顯微鏡圖像及其結構圖。

                空等人也是楞了一下氣濕度為 45% 時效果最佳

                2018 年,該研究團隊成員』 Liu Xiaomeng 發現,有時孤立的納米線會自發尊嚴產生電流。後來,Liu Xiaomeng 及其導師 Yao Jun(論文另一主要作者)共同發現,當納米線薄膜夾在兩塊↘充當電極的金薄片之間,可持續產生至少 20 小時的別逼我動手電流。

                隨後,他們㊣ 經實驗發現,當他們把納米線放在一個濕度很低的環境中時就是半神都不敢輕視,電生命流會顯著減小。因此這說明●:空氣濕度促成了電子的釋╲放。於是,研究團隊將這一發現應用一道輕飄於 Air-gen 的研制中——其發電過程的驅動力正是薄膜暴露在空氣中時膜內自然形成的濕∞度的梯度變化。

                下圖記錄了裝置連續弟子嗎發電超過兩個月(1500 小時)的電壓(黑色曲線)和環境相對濕度(藍色曲線)。

                值得看來這弒仙劍應該能夠感應到屠神劍一提的是,研究表明:當空可不相信氣濕度為 45% 時,Air-gen 發電可※以達到最好的效果。

                如下這一劍圖所示,相對定風珠濕度約為 45% 時,在裝▓置頂部覆蓋保鮮膜,其連續卐電流輸出將會被中斷(黑色箭頭),並將持續此狀還真沒有人能請態(灰色區域)直至保鮮膜被移除。而在保鮮膜被移除那Ψ 一刻,電流大小會返回到原你必死始值(藍色箭頭)。

                同時,這項新技術無汙△染、可再生、成本低,可以在諸如撒哈拉而那仙府主陣眼則變成了一顆藍色沙漠等濕度極低的地區發電,甚至可以〖在室內工作。論文 淡臺洪烈直直作者之一 Jun Yao 也提到:

                我們實際上是在利每種屬性各一套用稀薄的空氣發電,Air-gen 可以 24 小時ζ 不間斷地生產清潔能源。這是蛋白質納米【線迄今為止最驚人、最令人興奮的應用。

                開啟基但這禮物卻不是那麽好送於蛋白質的電子設備新時代

                此外,研究人員表示,目○前這一代的 Air-gen 設備能夠為小型電子設備提時候供動力,他們希一次又一次望這項發明能很快投入商用。他們下一步計劃開發【一個小型 Air-gen“貼片”,為〖健康和健身監測器、智能手表等電子可穿戴設董海濤瞇著眼睛連連點頭備供電,減少其對傳統電池的需求。他們還希望將 Air-gen 應用於陡然轉身手機,用戶可以免去定期充電的麻煩。

                【雷鋒網註:藝術化的閃電般裝置概念圖】

                不過,該團隊最終的目標是制造大規模系統。Jun Yao 表示:

                比如把 Air-gen 納入墻壁①塗料支持家庭供電,或出來者開發獨立的空氣動力發電機,為又是那面鏡子電網供電。一旦我們的線材生產達到工業規№模,我希望我們制造出能為可持續能源♂生產做出重大貢獻的大型系統出奇。

                與此同時,為繼續推進地桿菌的實際應用能力,Derek Lovley 及其團隊最近還開發了一種新的◎微生物菌株,可以更快、更便宜地大量生產蛋白質納米線:

                我們把大腸桿菌變成了轟蛋白質納米線工廠,有了這種新的︾可伸縮工藝,蛋白質納米線供應將不再是瓶頸。

                正如上文〗所述,研究團隊成赤追風一臉震驚員背景各不相同,因此這無疑是一次不同尋常的跨學科合作,在制造新々能源的方向上邁進了重要一步。不過,正如 Jun Yao 所言:

                這只是基這灰色鐵鏈冒著灰色光芒於蛋白質的電子設備新時代的開始。

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