近日，我校功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）江林教授、彭美文副教授联合材料与化学化工学部孙迎辉教授在期刊《自然·能源》（Nature Energy）上发表学术成果“Quasi-ballistic ion transport in a vertical microrod enabling efficient evaporation-driven power generation”。
蒸发驱动发电（EPG）利用水蒸发过程中产生的流动电势效应，将大气热能转化为电能，是实现全天候环境能量收集的重要技术路径。这类器件具有结构简单、运行无噪音且可直接利用海水等多种水体等优势，在离网供电、可穿戴电子等领域具有广阔的应用前景。然而，在传统平面薄膜与块体结构器件中，普遍存在流体流动杂乱无章且流速缓慢等现象，导致功率密度与能量转换效率长期偏低，难以满足实际应用需求。
针对这一挑战，江林教授、彭美文副教授与孙迎辉教授提出了一种机器学习指导的结构优化策略，设计并制备出垂直微棒发电机（VMG）。该器件首次在液相体系中实现了准弹道离子输运与高效蒸发驱动发电。团队通过机器学习系统解析多参数耦合规律，发现器件宽度是调控功率密度的核心因素，并锁定550μm为最优工作宽度。基于该结论，团队设计出高曲率圆柱微棒结构，可产生定向拉普拉斯压力梯度，结合纳米孔道限域效应（0.67–0.93nm与Bjerrum长度~0.8nm精准匹配）及唐南效应，构建了准弹道离子输运体系，实现了发电性能两个数量级的提升。
该器件在室温下实现了21.5%的能量转换效率与14.3 W·m-2的功率密度，在13℃ ~ 43℃温度范围内，能量转换效率均能保持在20%以上，且普通室内环境下可稳定运行超过30天。模块化集成的VMG阵列可直接驱动应急照明、36 W吸顶灯、烟雾报警器及大型LED显示屏等商用电子设备。该策略结合了机器学习高通量筛选与实验精准制备的优势，建立了完整的准弹道离子输运理论机制，为高效收集低品位大气热能、开发下一代环境能量收集器件提供了重要理论与技术参考。
