《科學》雜志聚焦納米技術應用

　　中科院外籍院士王中林預言納米發電機將影響人們日常生活，《科學》雜志聚焦納米技術應用——

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》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電機、首次實現基于納米線的自驅動納米體系。

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

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

　　王中林是美國佐治亞理工學院校董事教授、杰出講座教授，中國科學院外籍院士。2006年，他提出：“提高納米發電機的輸出電壓和功率的最終目標，是實現納米器件的自驅動化，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電機。如今，他說，納米發電領域的發展“已經到了一個關鍵時刻……我相信，按這種勢頭發展下去，在不久的將來，納米發電機就會影響到人們的日常生活”。

　　在這篇題為《納米發電機：用廢棄能量驅動超小電器》的文章中，美國《科學》雜志介紹了在納米發電機領域取得最新突破的3位科學家：

　　普林斯頓大學的化學家麥邁克·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）納米絲帶發電機，如果嵌入衣服之中，這種微型發電機能將身體行動時產生的能量轉化為手機電能；

　　佐治亞理工學院的物理學家王中林，他的研究小組發明的氧化鋅納米發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，并且實現基于全納米線的自驅動納米體系；

　　加州大學伯克利分校機械工程師林立偉領導的小組，他們研制出一種具有壓力感覺發電特征的長納米纖維，如織入衣服，也可將運動能轉化為電能，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電機是一項很棒的工作。

　　最近20年，納米科學界對納米材料合成的應用研究方興未艾，特別是納米器件研究。納米器件具有功耗小、反應靈敏等宏觀器件所不具有的優勢。從2000年開始，王中林意識到氧化鋅納米材料獨特的半導體、光學和生物特性，先后合成出氧化鋅納米帶、納米環和納米螺旋。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，科學家就發現，將電壓作用在這種壓力材料上，會讓其產生應變；也就是說，壓力材料能將電能轉化為機械能。

　　2006年初，在美國《科學》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化為電能，并首次提出了納米發電機的原理。隨后，他把壓電所產生的電場應用于控制半導體中載流子的輸運過程，因此提出了壓電電子學（Piezotronics）的新概念。

　　“納米發電機和壓電電子學是這個領域十多年來最讓我激動的發明，一定會引起整個納米學界對納米電源研究的巨大熱潮。”王中林當時說，“這一發明可以整合納米器件，實現真正意義上的納米系統，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，并將這些能量轉化為電能提供給納米器件，最終實現自供能量的納米器件。”

　　第一臺納米發電機在原子力顯微鏡的幫助下將機械能轉化為電能，但要實現從科學發現到實際應用的飛躍，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”吸收外界環境中的機械能，并實現電能的轉化和釋放。2007年4月，王中林小組在美國《科學》雜志上報告說，他們開發出不依賴于原子力的顯微鏡，以及能連續不斷輸出直流電的納米發電機——由超聲波驅動的便攜式直流納米發電機。

　　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化為電能。

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

　　高電壓輸出的納米發電機和自驅動納米器件是王中林小組的最新成果。《自然—納米技術》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，論文中報告的工作不僅是納米發電機性能上的一個大突破，而且為納米新能源的設計、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新的典范，將在未來實現自驅動的化學、生物、醫學傳感探測器等無線遙控的納米器件中發揮重要作用。”