神奇的納米發電

2013-10-14 10:43:12 人民日報　點擊量：評論 (0)

為支持歐盟委員會零功耗倡議，首屆國際納米能源會議近日在意大利佩魯賈召開，納米發電技術成為會議關注的焦點之一。納米技術經歷了幾十年的發展，現在已經走入人們的日常生活中，各種納米材料目前在

為支持歐盟委員會“零功耗”倡議，首屆國際納米能源會議近日在意大利佩魯賈召開，納米發電技術成為會議關注的焦點之一。
納米技術經歷了幾十年的發展，現在已經走入人們的日常生活中，各種納米材料目前在世界范圍內得到了廣泛的應用；而以納米傳感器、納米機器人等為代表的納米器件，則成為空間巨大的發展領域之一。
納米器件擁有尺寸小、功耗低、反應靈敏等特點，但納米器件的運行必須有電池和集成電路的支持，目前無法達到絕對意義上的最小化。為解決這一問題，美國佐治亞理工學院教授王中林2006年首次提出納米發電機的理念，使納米發電機的研究成為微型能源研究領域的熱點，進而開辟了納米壓電電子學這一新興的學科領域。
納米壓電電子學原理是利用原子力顯微鏡探針，壓迫氧化鋅納米線產生彎曲，使鋅離子和氧離子產生了電勢能并形成電流。在此基礎上，王中林領導的研究小組選用兼具壓電效應和半導體效應的氧化鋅，利用納米線、納米薄膜等材料的結構特性，成功發明了納米發電機，實現了將周圍環境中的機械能轉化成電能的目標。與此同時，利用超聲波等其他方式為納米壓電材料提供機械能，使納米發電機擺脫了對原子力顯微鏡探針的依賴。
在深入研究如何進一步提高機械能到電能轉變效率的同時，靜電和摩擦也被納入可向納米發電機提供能量的方式之一。利用日常生活中摩擦起電這種靜電現象，可產生足夠的能量。而采用納米技術來制造特定材質的兩種摩擦表面，還可以使摩擦有效面積擴大，從而提供更強的摩擦并轉換出比壓電效應更為可觀的電能。
隨著納米發電機研究的不斷向前推進，納米能源的開發也有了越來越多的新方法和新思路，比如說利用空氣或水的流動、空調或其他機器引起的噪音、人在行走時肌肉的伸縮或對地面摩擦等能量，來實現能源自給，甚至人體內由于呼吸、心跳獲得血液流動的細微能量都可用于納米發電，這聽起來像是天方夜譚，但卻并非神話。
由超聲波帶動的壓電納米發電機的問世，是納米壓電發電由科學現象到實際應用的一個重大里程碑。隨著單個發電機器件輸出功率的不斷提高，納米發電機目前已能夠驅動一些常規電子器件。但壓電納米發電機的進一步發展目前面臨著工藝復雜、成本過高、電力輸出較低等技術障礙，尚不利于商業化和日常應用。
雖然納米發電機一時還無法解決人類面臨的能源供給難題，但借助安裝在鞋底的納米發電機，靠走路產生的摩擦和能量為手機或其他電子設備充電；或者在車站、商場等人流密集區域采用內置納米發電機的地板，通過來往人群產生壓電效應為建筑本身提供能源等諸多設想，很可能在不遠的未來就將成為現實。韓秉宸