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對納米科技專家王中林來說，2010年是興奮、突破也是充滿希望的一年。

 

3月28日，英國《自然—納米技術(shù)》報道了他的研究小組的兩項研究新成果：具有高電壓輸出的納米發(fā)電機、首次實現(xiàn)基于納米線的自驅(qū)動納米體系。

 

4月16日，美國《科學(xué)》雜志新聞焦點欄目發(fā)表綜述文章，介紹將廢棄能量轉(zhuǎn)化為可用電能的納米發(fā)電機。文章說：“將運動能量轉(zhuǎn)化為電能的這種微小設(shè)備不可能驅(qū)動城市，但它們很快就足以能為手持電子設(shè)備和看不見的感應(yīng)器陣列充電�！�

 

納米發(fā)電機的理念是由王中林于2006年首先提出的，之后，美國《科學(xué)》雜志將納米發(fā)電機的研發(fā)作為一個嶄新領(lǐng)域推出。

 

王中林是美國佐治亞理工學(xué)院校董事教授、杰出講座教授，中國科學(xué)院外籍院士。2006年，他提出：“提高納米發(fā)電機的輸出電壓和功率的最終目標，是實現(xiàn)納米器件的自驅(qū)動化，即不需要外接電源或電池�！�

 

王中林的研究小組研制出世界上第一臺納米發(fā)電機。如今，他說，納米發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展“已經(jīng)到了一個關(guān)鍵時刻……我相信，按這種勢頭發(fā)展下去，在不久的將來，納米發(fā)電機就會影響到人們的日常生活”。

 

在這篇題為《納米發(fā)電機：用廢棄能量驅(qū)動超小電器》的文章中，美國《科學(xué)》雜志介紹了在納米發(fā)電機領(lǐng)域取得最新突破的3位科學(xué)家：

 

普林斯頓大學(xué)的化學(xué)家麥邁克·卡爾平，他的研究小組研制出可嵌入硅膠中的柔性壓力材料（PZT）納米絲帶發(fā)電機，如果嵌入衣服之中，這種微型發(fā)電機能將身體行動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為手機電能；

 

佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家王中林，他的研究小組發(fā)明的氧化鋅納米發(fā)電機可輸出迄今為止最高的電壓——2.4伏特，而標準AA電流的輸出電壓是1.5伏特，并且實現(xiàn)基于全納米線的自驅(qū)動納米體系；

 

加州大學(xué)伯克利分校機械工程師林立偉領(lǐng)導(dǎo)的小組，他們研制出一種具有壓力感覺發(fā)電特征的長納米纖維，如織入衣服，也可將運動能轉(zhuǎn)化為電能，為手機充電。

 

卡爾平在文章中稱贊王中林是提出幾個納米發(fā)電機概念的先鋒。他認為，王中林小組研制的高輸出電壓納米發(fā)電機是一項很棒的工作。

 

最近20年，納米科學(xué)界對納米材料合成的應(yīng)用研究方興未艾，特別是納米器件研究。納米器件具有功耗小、反應(yīng)靈敏等宏觀器件所不具有的優(yōu)勢。從2000年開始，王中林意識到氧化鋅納米材料獨特的半導(dǎo)體、光學(xué)和生物特性，先后合成出氧化鋅納米帶、納米環(huán)和納米螺旋。但這些研究主要集中在納米器件本身，如何解決納米器件的充電電源是一個新問題。

 

壓力材料一般是指由鋯鈦酸鉛組成的一種薄膜。早在1880年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，將電壓作用在這種壓力材料上，會讓其產(chǎn)生應(yīng)變；也就是說，壓力材料能將電能轉(zhuǎn)化為機械能。

 

2006年初，在美國《科學(xué)》雜志的論文中，王中林提出了通過由壓電材料合成的納米線將機械能轉(zhuǎn)化為電能，并首次提出了納米發(fā)電機的原理。隨后，他把壓電所產(chǎn)生的電場應(yīng)用于控制半導(dǎo)體中載流子的輸運過程，因此提出了壓電電子學(xué)（Piezotronics）的新概念。

 

“納米發(fā)電機和壓電電子學(xué)是這個領(lǐng)域十多年來最讓我激動的發(fā)明，一定會引起整個納米學(xué)界對納米電源研究的巨大熱潮�！蓖踔辛之�(dāng)時說，“這一發(fā)明可以整合納米器件，實現(xiàn)真正意義上的納米系統(tǒng)，它可以收集機械能，比如人體的運動、肌肉的收縮、血液的流動；震動能，比如聲波、超聲波；甚至流體能量，比如體液的流動、血液的流動、動脈的收縮等，并將這些能量轉(zhuǎn)化為電能提供給納米器件，最終實現(xiàn)自供能量的納米器件�！�

 

第一臺納米發(fā)電機在原子力顯微鏡的幫助下將機械能轉(zhuǎn)化為電能，但要實現(xiàn)從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到實際應(yīng)用的飛躍，最重要的一步是擺脫對原子力顯微鏡的限制，讓納米線能“獨立”吸收外界環(huán)境中的機械能，并實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化和釋放。2007年4月，王中林小組在美國《科學(xué)》雜志上報告說，他們開發(fā)出不依賴于原子力的顯微鏡，以及能連續(xù)不斷輸出直流電的納米發(fā)電機——由超聲波驅(qū)動的便攜式直流納米發(fā)電機。

 

2008年2月，王中林的研究小組再次取得突破性進展：通過在彈性纖維上生長氧化鋅納米線，他們成功地將纖維的低頻震動轉(zhuǎn)化為電能。

 

2009年1月，他們在《自然—納米技術(shù)》期刊上報告，已開發(fā)出由高分子薄膜封裝的交流納米發(fā)電機。

 

高電壓輸出的納米發(fā)電機和自驅(qū)動納米器件是王中林小組的最新成果�！蹲匀弧{米技術(shù)》期刊的審稿人評價說：“該研究小組一直致力于研究基于氧化鋅納米線的新納米能源先驅(qū)，論文中報告的工作不僅是納米發(fā)電機性能上的一個大突破，而且為納米新能源的設(shè)計、裝配和提高使用壽命等提供了新方法和新思路……該工作是納米科技創(chuàng)新的典范，將在未來實現(xiàn)自驅(qū)動的化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)傳感探測器等無線遙控的納米器件中發(fā)揮重要作用�！�

 

展望未來，美國《科學(xué)》雜志的文章說，今天，人們對能源最絕望的想法是產(chǎn)生無碳的萬億瓦特級電能，而不是微瓦級或納米瓦級電能，但如果其中一種納米發(fā)電機研制成功，它們能大規(guī)模生產(chǎn)電能嗎？“三位專家均表示目前這一目標不太可能實現(xiàn)，他們的工作是在小尺度范圍內(nèi)進行的，然而，這也足以影響人們的日常生活，特別是攜帶式和可移動型小型電器�！�