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当我们想到铁锈氧化物时，我们通常指的是它的腐蚀和材料退化的负面影响。但铁锈确实有它的用途:在某些情况下，它可以作为一种保护层，现在也许可以作为一种收获电力的来源。西北大学的一组研究人员(在加州理工学院的支持下)已经设计出一种锈蚀涂层，可以通过盐水的流动来发电，将流动的水滴的动能转换成交替的盐度梯度。
这种安排并不是经典的学校科学演示的复杂版本，在经典的学校科学演示中，将不同的金属触点插入柠檬或土豆中，利用内部液体作为电解液产生小电流。在这里，盐水中的离子吸引铁锈层下面铁中的电子。当盐水流动时，离子会吸引，拖动电子并产生电流。
这种“电动”效应已经在石墨烯上得到了应用。石墨烯是一种超薄的纯碳层，具有多种用途。然而，将单层石墨烯放大到可用的尺寸是一个挑战，研究人员注意到他们的氧化铁膜更容易生产。
即使如此，这不是一个随机生长的锈涂层，因为需要的是一个一贯的薄层。为了实现这一目标，该团队使用了物理气相沉积的过程，他们首先将固体铁转化为气体，然后将蒸汽浓缩到玻璃表面，形成10至30纳米厚的铁层。然后氧化层在空气中自发形成2纳米厚，随后停止生长(图1)．
1.被热氧化物终止的金属纳米层中电能转换的图示。(来源:西北大学)
“是纳米金属表面的氧化层真正让这个装置运转起来，”项目负责人Franz M. Geiger说，他是西北大学温伯格艺术与科学学院陶氏化学教授。“而不是腐蚀，氧化物在合适的金属上的存在导致了一种电子穿梭的机制。”
他还指出，“更厚的金属薄膜不会成功——这是一种纳米限制效应……我们已经发现了最佳点。”在研究的金属中，研究人员发现铁、镍和钒的效果最好。他们甚至测试了一个纯铁锈样品作为对照实验，但它没有产生电流。
2.用于重力到电能转换的金属纳米层:西北大学印章上方显微镜玻璃载玻片上铁和铝纳米层指示厚度的照片(A);(图中虚线表示基底位置，箭头表示水相流动方向)(资料来源:西北大学)
他们能够产生几十毫伏的电势和几µA/cm的电流密度2在他们的测试夹具中流速只有几厘米/秒(图2)．他们测试了具有盐度梯度的线性流和恒定盐度的振荡流(图3)．
3.电流和电压测量:电流感应soi Fe: FeOx nanolayer(3×1)当去离子的流动(DI)水pH值5.8 20秒(蓝色部分),其次是20秒1 M氯化钠的pH值举行7(绿色部分),和六个随后复制,所有以恒定流量20毫升/分钟(a) (B)情节是一样的(a),但用3 -×9菲:FeOx nanolayer soi硅厚度100毫升/分钟的流量和两分钟之间切换盐浓度(C)情节是一样的(B),但测量35毫升/分钟的流量和常数0.6米盐浓度而扭转流方向每两分钟,用垂直虚线标出。(来源:西北大学)
当然，这是能量转换，没有“不劳而获”。物理学意义上的工作必须完成，并消耗能量来创造盐溶液的流动，除非它来自自由发生的来源，如降雨或洋流。根据理论分析和仿真，与实际结果相比，效率据称在30%左右。这与用碳纳米管和石墨烯等其他材料取得的结果相似。然而，它采用了一种更简单、成本更低的单步骤制造，也支持可扩展性和快速实现，而不是多步骤制造。西北大学已经申请了一项临时专利。
研究人员坚持认为，10平方米的表面(比如屋顶上)可以产生几千瓦小时的适当流量，比如降雨。盖格教授指出，在更小的范围内，涂层金属纳米层的支架可能会由于每次心跳的间歇性血液流动而产生微安左右的电流。每天10万次这样的跳动(100,000次)，也就是大约0.1 A/天，可以存储在一个电容中，根据需要驱动植入设备(如胰岛素泵)。与此同时，团队成员汤姆·米勒(加州理工学院化学系教授)告诫说，他们实际上必须应对表面生物膜的形成，这种生物膜可能会抑制电转换效应。
详细信息见他们的论文。”通过金属纳米层进行能量转换发表于美国国家科学院院刊；还有详细的支持信息发布。这项工作是由国家科学基金会、海军研究办公室和国防高级研究计划局(DARPA)通过陆军研究化学科学部支持的。
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