2025 Regeneron ISEF大奖-EGSD能源可持续材料和设计获奖作品汇总-2

最新官方消息！全球科创天花板赛事——国际科学与工程大奖赛（Regeneron ISEF），现已正式公布了2026年总决赛的举办时间和地点。这场汇聚全球青年创新力量的科技盛宴，将于2026年5月9日至15日，在美国亚利桑那州凤凰城会议中心（Phoenix Convention Center, Arizona）璀璨启幕。

2026ISEF赛事安排

参赛资格

年龄与年级：9-12年级学生（或同等学历），参赛时年龄不超过20岁。

地区选拔：必须通过附属赛（Affiliated Fair）晋级，无法直接报名。中国学生需先参加国内选拔赛（如青创赛、明天小小科学家等）。

团队项目：最多3人，所有成员需满足资格且共同参赛。

项目要求

原创性：项目必须由学生独立完成，允许在专家指导下进行，但不得代劳。

学科范围：涵盖21个学科类别，包括工程、生物、化学、计算机、环境科学等。

伦理限制：涉及人类、脊椎动物、病原体等研究需提前提交额外审查表（如ISEF Forms）。

关键文件与截止时间

ISEF表格：根据研究类型提交相应表格（如1C、2、3等），需在地区赛前完成审核。

摘要与研究论文：英文撰写，清晰描述研究目的、方法、结论。

地区赛截止：2026年3-4月

其他注意事项

展示材料：展板需符合ISEF尺寸要求（通常宽48英寸、深30英寸、高108英寸），禁止活体样本或危险品。

知识产权：部分研究可能需申请专利后再参赛，避免披露风险。

为了方便同学们更好的备赛，特别整理了ISEF-EGSD能源可持续材料和设计2025的获奖作品方便学习

EGSD能源可持续材料和设计获奖作品集合

EGSD021 - 基于生物材料的压电摩擦混合发电机

全球能源需求日益增长，尤其是对小型、便携式、可穿戴电子设备和自供电系统的需求，使得开发可持续能源成为必然。机械能纳米发电机 (MENG)，包括压电纳米发电机 (PENG) 和摩擦电纳米发电机 (TENG)，前景广阔，但也面临诸多挑战：PENG 通常使用有毒且易碎的材料，例如锆钛酸铅 (PZT)，而 TENG 对环境条件敏感且能量输出较低。\n为了应对这些挑战，本研究旨在开发一种高输出混合压电摩擦纳米发电机 (HNG)，其采用天然生物材料——蛋壳膜 (ESM) 和棉花，并用氧化锌 (ZnO) 进行改性。HNG 采用拱形结构，包含两个基于 ZnO 改性生物材料的 PENG，以增加上部 PENG 的应变并实现接触-分离模式。摩擦正电沉积棉 (ESM) 用作基底 PENG，摩擦负电沉积棉 (Tribopositive Cotton) 用作上弓 PENG。\n 制备了每种生物材料的 PENG，并用不同浓度的 ZnO (10–30%) 改性 ESM 和丝光棉。通过系统的性能评估，发现 30% w/w ZnO 产生的峰值电压分别为 7.55 V（棉）和 7.10 V（ESM）。优化后的 PENG 最终组装成 5 × 3 cm 的 HNG，在跌落测试条件（1 kg、跌落高度 3 cm、5 Hz）下，平均 Vpp 为 20.47 ± 2.20 V，VRMS 为 6.82 V。在用力敲击（约10 N，3 Hz）下，HNG 的峰值输出达到 33.29 V。此外，在 5 MΩ 负载电阻下，HNG 的功率密度达到 26.4 µW/cm²。总而言之，生物基 HNG 是一种可持续且有前景的替代不可再生能源和传统 MENG 的方案。

EGSD027 - 研究超高羧基密度粘合剂

电动汽车解决了化石燃料造成的环境污染问题，但70%的消费者认为电池容量有限是一个主要缺点。用硅（Si）替代传统的石墨阳极可以将容量提高11倍，从而弥补这一缺陷。然而，充电过程中硅的膨胀会损害电池的完整性，这促使本研究旨在利用聚合物粘合剂提高硅阳极的稳定性。数据驱动模型表明，尽管存在粘附和电解液消耗的相互矛盾的机制，但具有超高羧基（COOH）密度（0.33 COOH/单体）的粘合剂可以优化硅的稳定性。本研究解析了这些机制，考察了它们在超高COOH密度下的关系，以预测和优化硅阳极的功能。利用密度泛函理论（DFT），相互作用能（IE）量化了粘合剂的粘附性，而pKa则量化了电解液的消耗。 COOH 密度与 IE 密切相关 (r = 0.90)，而 pKa 则不然 (r = -0.15)，这表明在超高 COOH 密度下，粘合剂的附着力增强，而电解液消耗量却不高。使用 DFT 模拟进行的定性分子分析揭示了配位共价键是一种新的附着机制，非配对 t 检验表明 IE 显著增加 (p < 0.01)。然后物理合成了具有标准 (n=2) 和超高 COOH (n=1) 密度粘合剂的硅阳极，并测量了其真实性能，证实了超高 COOH 密度可将电池性能提高 90% (p < 0.01)。证明超高 COOH 密度粘合剂可实现前所未有的附着力，而不会同时增加电解液消耗，本研究为下一代硅阳极中使用超高 COOH 密度粘合剂以满足全球可持续能源需求建立了概念验证。

EGSD029 - 微型抽水蓄能系统涡轮机评估

由于温室气体排放增加，全球气温正在上升，而能源生产和消费是最大的贡献者。本实验的目的是评估一种绿色解决方案。具体来说，该项目研究了一个微型闭环抽水蓄能系统，并对三种涡轮机进行了科学评估：佩尔顿式、横流式和一种新型涡轮机（由实验者设计和制造）。该系统可以通过利用多余的太阳能并将其储存在一个具有低流量、高扬程应用的微型闭环抽水蓄能系统中，为农村和城市社区提供清洁能源。该实验系统由两个水箱组成，每个水箱可容纳约 1550 升水。本实验的主要假设是，如果一个带有新型涡轮机的微型闭环抽水蓄能系统充电到最大容量，那么它将随着时间的推移释放出最多的电能（瓦时，Wh）。虽然三台涡轮机的瓦时数在统计上没有显著差异（p 值 = 0.0906），但新型涡轮机的平均瓦时数接近两项既定的涡轮机行业标准（新型涡轮机平均值 = 10.24 Wh；佩尔顿涡轮机 = 11.76 Wh；横流涡轮机 = 11.07 Wh），并且在效率（新型涡轮机平均值 = 12.63%；佩尔顿涡轮机 = 14.39%；横流涡轮机 = 13.64%）和寿命（新型涡轮机平均排水时间 = 90 分钟；佩尔顿涡轮机平均值 = 100 分钟；横流涡轮机平均值 = 56 分钟）方面与其他两台涡轮机相比具有强劲竞争力。该实验展示了开发成功且相关的微型闭环抽水蓄能系统的三种有效方法。

EGSD032 - 受锤头鲨启发的风力发电

预计到2050年，风能将占美国总能源产量的35%。垂直轴风力涡轮机（VAWT）因其独特的优势而备受瞩目，例如其全向性以及在湍流和多变风况下的卓越性能。这种固有的适应性使其特别适合不同的地理位置，从而有助于提高风能系统的可靠性和稳定性，但其能量捕获效率较低。\n\n锤头鲨独特的头叶及其覆盖着结节的脊状结构体现了大自然的流体动力学优化。这些结节通过产生受控湍流、延迟流动分离和降低阻力来减少阻力并提高游泳效率。本研究将结节形态应用于风力涡轮机叶片的整个弦长，从而创建受限的流动通道。这项修改减少了阻力，加速了气流，并增强了升力，从而展示了仿生设计在提高风能捕获效率方面的潜力。\n\n使用 OnShape 创建了仿生叶片和基准光滑叶片的 3D 模型，并在 SimScale 中进行了分析。模拟显示了结节修改如何影响升力、阻力和整体空气动力学。此外，这些设计被 3D 打印并在完全运行的风力涡轮机模型上进行了测试。在测试期间测量了关键性能指标，包括产生的电压和转速 (RPM)。CFD 模拟使受结节启发的叶片的升阻比提高了 67%，而在现实世界运行中的物理实验表明，与具有统计意义的样本相比，RPM 提高了 12%，产生的电压提高了 20%。

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