
水變少的世代,可以少一杯手搖飲,但不能少一杯安心的水。臺灣科技大學材料系教授朱瑾團隊與臺灣大學醫工系教授林宗宏團隊合作,開發「液固摩擦奈米感測器」,只靠水滴本身產生電力,就能偵測水中重金屬和細菌,還能做初步殺菌與淨化,成果已刊登國際期刊《Advanced Functional Materials》(Impact factor: 19.0)。
這項技術的關鍵是一片特製金屬奈米管薄片,材料包含鎳、鎢與鎳(Ni-W-Ni)等金屬。當水滴在表面滾動時,水和金屬不斷接觸、分開,會產生微小電力,系統再把這些電收集起來,變成感測與殺菌可用的能源,不需插電或接電池,就能長時間運作。
研究團隊將不同檢測晶片裝在感測器上,可以看出水裡有沒有鉻、鉛、汞等重金屬,也能分辨大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。資料顯示,偵測金屬離子的反應時間大約20毫秒,對大腸桿菌的靈敏度達163 mV/decade,等於能又快又早發現問題。
為了讓裝置不只是「會警告」,還能「先處理」,團隊在奈米管表面再加上一層碲化鉍(Bi₂Te₃)。只要有約10°C的溫差,就能在水中產生過氧化氫(H₂O₂),大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的滅菌率約97%、95%,六價鉻還原效率約95%,一片約1平方公分的模組,能處理約10毫升水量。
接著,團隊把這些功能整合成「無線感測瓶」,操作時只要把水樣滴進去,系統就會自動偵測污染、進行初步淨化,並把數據送到物聯網(IoT)平台,讓水質狀況可以即時被看到。研究團隊說明,像河川監測、偏鄉飲水、災害現場臨時水源、工廠排水抽查等情境,都可利用這類可攜式、免外接電源的前線設備。
研究團隊學生Helmi Son Haji指出,現實環境的水樣往往混著多種污染物,久了容易污損感測表面、讓靈敏度下降,因此下一步會加強防汙與表面保護,並設計成模組化結構,透過更換感測晶片,把監測範圍擴大到農藥殘留、其他化學污染物,甚至新興污染物。

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