超声波驱动式纳米发电机问世

中林研制出能产生电能的纳米纤维。穿上纳米纤维衣服，只要你心在跳，在走路便时时刻刻在发电，足够为随身Ipod充电。

王中林和他的发电纳米纤维

美国中文网汪震海报道：华人科学家王中林领导的科研小组日前研制出一种能产生电能的新型纳米纤维。这种仅有一根头发 1/1800 的纤维通过相互搓动，将机械能转化为电能。借助这种纳米发电机，走路、心跳这样司空见惯的机械运动将来都能用来发电。这样估算，将来用这样的纤维制成的织物，每平方米的输出功率可达８０毫瓦，有可能给一个随身的ｉＰｏｄ供电。

“只要你能动，就能发电”

“只要你能动，就能发电”，纤维纳米发电机研制小组领衔科学家王中林２月１４日对记者这样描述纤维纳米发电的远景。

王中林说，与他们此前研发出的直流纳米发电机相比，纤维纳米发电机的突破在于：生长纳米线的基片从硬质、昂贵的硅材料换成了柔软、便宜的纤维丝；带动纳米线摩擦错动的机械运动由之前频率较高的超声波改为更容易获取的低频机械运动。

(a) 低倍扫描电子显微照片显示两个互相缠绕的、表明长有氧化锌纳米线阵列的纤维，其中一个镀有金。(b) 高倍扫描电子显微照片显示两纤维界面处的纳米线对纳米线结构。(c) 显示多根纤维组成的纤维纳米发电机的串/并连式连接来提高输出电压/电流。(图片来源：王中林实验室)

       实验过程中，他们把纤维丝放入化学溶液中，在纤维丝上镀上氧化锌。镀在纤维丝上的氧化锌会径向生长，“长”出纳米线。长满纳米线的纤维丝就像“女士卷发用的发卷”。王中林说，将两个“发卷”平行放置，给其中一个镀金或其他金属，金属可以和氧化锌形成类似二极管的导电效应。然后在马达带动下，两个“发卷”相互错动摩擦，一拉一松。由于氧化锌的“压电效应”，纳米线的形变便可产生电能。他们成功地制成了数百个这种纤维纳米发电机。  

　　王中林说，目前这种由两根纤维组成的纳米发电机的输出功率还很小，这主要是由于纤维的内阻较大以及纤维之间接触面积较小造成的。目前，他们正努力提高这种基于纤维的纳米发电机的输出能量。

可能给一个随身的ｉＰｏｄ供电

为什么要让纳米发电机朝这个方向改进？王中林说，基片材料的改进大大降低了成本，“我们的纤维丝是用的杜邦公司的凯芙拉，几美元就可以买一大捆”。而且利用纤维成功进行纳米发电，意味着“发电衣”等柔性、可弯曲的发电体在不远的将来都会成为现实，甚至微风吹动的帐篷也能发电。他根据目前的原型估算，将来用这样的纤维制成的织物，每平方米的输出功率可达８０毫瓦，有可能给一个随身的ｉＰｏｄ供电。

低频机械运动的成功利用更具有突破性意义。跑步、走路、心跳等产生的机械能从理论上讲都可以转化为电能，这些被白白浪费掉的能量都可以被利用起来。另外，纤维纳米发电机的材料都是生物安全材料，整个过程无排放、无污染，堪称最具潜力的绿色发电。

纳米尺度的发电机的重要性怎么强调都不为过。王中林打了个比喻说，以前，不论多小、多灵敏的器件，都需要附加一个较大尺度的传统电源，好比“蚂蚁拉个大骆驼”。传统电源比如电池，都存在需要定期更换、材料有毒性等种种问题，而纤巧的纳米发电机无疑将使电源领域向前迈进革命性的一步。

王中林的科研小组接下来还将改进设计，重点提高输出功率。未来的纤维纳米发电机，将有广阔的应用空间。值得一提的是，纳米尺度发电机对于目前非常热门的各种纳米器件来说是个“好消息”，因为纳米器件的电力供应将从传统电源转变为真正匹配的纳米电源。

王中林说，“纳米发电机使得纳米器件实现了从器件到系统的一个质的飞跃，它是实现自驱动型纳米系统的关键。”

王中林简历

王中林教授是从１９９２年到２００２年１０年中纳米科技论文被引用次数世界个人排名前２５位作者之一。 现任美国佐治亚理工学院纳米科学和技术中心主任，是国内外著名的纳米技术专家。王中林教授已在国际一流刊物上发表期刊论文４００余篇，会议论文１４０余篇，拥有专利８项，出版４本专著和１５本编辑书籍。

１９８２年获西北电讯工程学院工学士学位 ( 应用物理 ) ；

１９８３年获 CUSPEA 资助赴美 , 师从电子显微学权威 Cowley 教授；

１９８７年获亚利桑那州立大学物理学博士学位王中林教授因其对“纳米技术领域的材料科学以及基础发展做出的杰出及持续的贡献”。

２００２年当选为欧洲科学院院士。

２００４年当选为世界创新基金会院士。

２００５年当选为美国物理学会院士。

去年研制出世界上最小的发电机——纳米发电机后，美国佐治亚理工学院教授王中林的研究小组再次开发出由超声波驱动的直流纳米发电机。这一最新的成果发表在4月6日出版的美国《科学》杂志上。该成果被认为未来在医学生物、国防技术、能源技术和日常生活方面的应用将非常广泛。

超声波带动的直流纳米发电机的设计原理和输出的直流电流。电流随超声波的激发而起，停止而息。利用约500根纳米线可连续发出纳安级的电流。

王中林说，去年的工作是在原子力显微镜的帮助下，通过压电材料合成的单根纳米线将机械能转化成电能；今年工作的突破性进展是摆脱对原子力显微镜的依赖，使一列纳米线能够同时、连续和“独立”地吸收外界环境中的机械能，并完成到电能的转化与释放，为技术转化和应用奠定了原理性的基础并迈出了关键性的一步。

这一原创性设计在世界上率先实现了一种适应性广、生产成本低，并能从周围环境中收集并转换能量的纳米发电机。

王中林认为这可被视为纳米压电发电由科学现象到实际应用过程中的一个里程碑性的进展。“它能收集周围环境中微小的振动机械能并转变为电能，来为其他纳米器件，如传感器、探测器等提供能量。这种振动机械能普遍存在于自然界以及人们日常生活中，如空气或水的流动、引擎的转动、空调或其他机器的运转等引起的各种频率的噪音，人行走时肌肉伸缩能或脚对地的压缩能等。”他说，“甚至在人体内由于呼吸、心跳或是血液流动带来的体内某处压力的细微变化也有可能带动纳米发电机产生电能。因此，纳米发电机的发明不仅为实现能源系统的微型化带来了可能，更重要的是，对于实现具有完全无线、可生物植入以及长时期甚至终生无需照管的纳米或微电子器件，纳米发电机提供了一种理想的电源系统。”