纳米发电机

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1、超声波驱动式纳米发电机问世王丹红发布时间：2007-04-06 11:06科学时报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。本报北京4月5日讯（记者王丹红）继去年研制出世界上最小的发电机一纳米发电机后， 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。两位评审人对该工作给予高度的评价。一位审稿人认为这是一项极具原 创性的科研成果；另一审稿人认为该工作是纳米科技研发的典范，未来在医学生物、国防技 术、能源技术和日常生活方面的

2、应用将非常广泛。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。在研究过程中，王中林和博士后王旭东以及博士生宋金会、刘晋组成了研究小组。他们 让氧化锌纳米线在单晶氮化镓衬底上均匀地竖起生长。在纳米线的生长过程中，由于催化剂 的作用，一层氧化锌薄膜同时沉积在所有纳米线的底端，因此可以直接用于纳米发电机的一 个电极。而另一个电极则被放置于纳米线的顶端，并用柔

3、软的聚合物将四周固定。为了能实 现电能的储存和释放，顶部电极与纳米线的接触面被设计成了锯齿状并覆盖了一层数百纳米 厚的金属铂（如图）。锯齿状电极是该发明的核心，它模拟了一列拨动纳米线针尖阵列的作用。 在顶部电极和纳米线之间还留有一个很小的间隙，使得它们能够进行一定程度上的相对振动 或形变。当外界环境中的振动波（在实验中用超声波代替）传到纳米发电机上时，会导致顶 部电极的上下振动以及纳米线的左右摆动或共振。王中林说，摆动中的纳米线将很有可能接触到与之相邻的铂电极表面，由于纳米线所具 有的压电效应和它与铂电极间形成的肖特基势垒，每次接触均是通过纳米线带负电势的内表 面把形变产生的压电电能释放出来。

4、肖特基势垒的整流作用使得输出的电流为直流，纳米发 电机表现出了对超声波良好的响应。在41千赫的超声波的作用下，只有2平方毫米面积的基片 能输出约1纳安（nA）的连续电流，并且其电流输出可以保持一个多小时而没有任何衰减。 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。谈到超声波驱动的纳米发电机的意义，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

5、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。”我研出世界最小发电机纳米发电机身小能量大2006年04月24日10:06:09 来源：人民日报近日，我国国家纳米科学中心研制出了世界上最小的发电机一一纳米发电机。国际有关 专家指出，这项工作是纳

6、米技术领域的一项重大突破。该项研究由北京大学工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林和博士生宋金 会共同完成，相关成果发表在4月14日出版的国际权威杂志科学上。专家预测，纳米发电机在生物医学、军事、无线通信和无线传感等领域将有广泛的应用 前景。这项发明可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统；可以收集机械能（比如人 体运动、肌肉收缩、血液流动等所产生的能量）、震动能（比如声波和超声波产生的能量）、 流体能量（比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量）并将这些能量转化为电能提供 给纳米器件；纳米发电机产生的电能足够让纳米器件或纳米机器人实现能量自供。（武卫政）链接王中林教授于1 9 8

7、 2年毕业于西安电子科技大学，并于同年考取中美联合招收的物理 研究生（CUSPEA），1 9 8 7年获亚利桑那州立大学物理学博士学位，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4 0 0余篇，会议论文14 0余篇，拥有专利8项，出版4本专著和 15本编辑书籍。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”，2 0 0 2年当选为欧洲科学院院士，2 0 0 4年当选为世界创新基金会院士，2 005年当选为美国物理学会院士。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

8、数世界个人排名前2 5位作者之一。详细内容我国科学家研出世界最小发电机一一纳米发电机www.XINHUANET.com2006年04月18日13:07:47来源：人民日报海外版基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机。（A）在氧化铝衬底上生长的氧化锌纳米线的扫 描电子显微镜图像。（B）在导电的原子力显微镜针尖作用下，纳米线利用压电效应发电的示 意图。（C）当原子力显微镜探针扫过纳米线阵列时，压电电荷释放的三维电田电流信号图。近日出版的英国科学报道，美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能，研制出世界上最小的发电机 纳米发电机。国际纳米技术领

9、军人物、哈佛大学教授Charles Lieber说，“该工作极其令人振奋，它提出了解决纳米技术中一个关键问题的方案，那就是如何为许多研究组发明的 纳米器件提供电力的问题。王教授利用他先创的氧化锌纳米线将机械能转化为电能，在这个 问题上他显示了巨大的创造性。”正在北京的王中林在接受科学时报采访时说，“这是我在这个研究领域10多年最让 我激动的发明。”他认为这是国际纳米领域的最让人激动的重大发现，它一定会引起整个纳 米学界对纳米电源方面研究的巨大热潮。作为佐治亚理工学院校董事讲座教授和工学院杰出讲座教授，王中林同时也是北京大学 工学院先进材料和纳米技术系系主任、中国国家纳米科学中心海外主任，这项工

10、作是他和博 士生宋金会共同完成的。王中林早在7年前就认识到氧化锌独特的半导体、光学和生物学性能，具有其它纳米材 料不可替代的作用，因此，他的研究小组一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应 用研究。2001年，他们在科学杂志上报告首次合成氧化锌半导体材料带，这篇论文已被 引用1100多次。之后，他们又研制出纳米环、纳米螺旋等器件。王中林相信纳米发电机无论在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都将有广泛的 重要应用。他说：“这一发明可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统，它可以收集机械能，比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；震动能，比如声波和超声波产生的能量; 流体能量，比如体液流动

11、、血液流动和动脉收缩产生的能量，并将这些能量转化为电能提供 给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需，从而让无纳米器 件或纳米机器人实现能量自供。”（焦江方）纳米技术商业化，广告神话还是未来规划?上网时间：2006年09月04日&打印版 回推荐给同仁应T发送杳询纳米技术是生就的广告营销神话还是一个现实？答案取决于您的眼力。普通民众可能会认为 对这项技术的期望值高得离谱但技术上难以实现。事实并非如此，因为世界上很多顶级科学 家和工程师仍然在无比热情地推进这门技术。不过，距离产品问世还有一段时间。去年，国家制造科学中心面向600家生产企业作了一份调查，目的是了解受访者对纳米

12、技术 前景的信心。在国家科学基金会的赞助下，这项调查成为迄今为止对纳米技术商业化趋势所 作的最大的跨行业调查。那么，最终数据如何呢？令人惊讶的是，调查结果表明60%的受访者预期纳米技术产品将在2009年问世（图1）。被调查 的公司所处行业包括：汽车、半导体、化工、航空航天、能源、公用事业、纺织、食品、农 业、建筑、机床、采矿和信息技术。Penentage of respond Mis who expect to markit lanMnola predicts mailingI. Accordi i ill to a survey of 60() companies by the Nation

13、d tenter for Ma nit fitch uinii Sciences List ycjir. nifiriy new nitnotccliii(4(gr proclucts will he LiitrrHliiccd henvuen ：hh1 2011. All )l the resMHidciits l xjtccI h t inln kIiicc jrcyoiid the next five vcjirhL全球对纳米技术的投资势头丝毫未减。据国家科学基金会统计，去年美国、日本和欧盟各自在纳米技术上的投入都达到了约十亿美元，全球在这一领域的投入超过了四十亿美元（图2）。2- Wo

14、rlds ide spndint； un rianoitjclinolojiy Uillied most? dim S4 NSlion 1刖1 艸t” (cnmlcsy of the KutionEil Science r(iiri(l3tioTi and Strategies I fnliinitcdj更好的材料即将出现专家预测，在今后3至5年里，先进的纳米涂料、纳米胶片和目前正在开发之中的纳米粒子领 域将涌现出无数的新应用。进而，这些材料将被用于提高电子元件和子系统以及纺织原料的 质量。这些特制材料使得工程师们能更好地掌控设计参数。麻省理工学院正在为基于一个垂直排列的碳纳米管矩阵的超级电容

15、器研制电极，人们期望这 一技术能现有超级电容器的能量密度从6瓦特/小时增加到60至10 0瓦特/小时。国家航空航天局喷气推进实验室的科学家们正使用工作在室温下的纳米材料观察红外（IR） 成像阵列。与基于热反射率或传统半导体光电探测的传统的红外线传感器不同的是，这些成 像器并不需要过冷却，在室温下即可获得高级别的探测灵敏度和迅捷的反应时间。这种材料 是将交叉纳米导线之间用阻挡层隔开，阻挡层由量子力学隧道结组成（图3）。Mehl 1NASA scientists propose the use of lianowireB. laid ccn*ssiwises with dielectric bar

16、riers lietweeu die in. This would make possible high-detectivity anti fast-response infrared i making ixmmii teniperntnies+纳米发电机正处在乔治亚技术学院的显微镜之下，它们能将机械能转化为电能。研究人员使 用非常小的压电放电（弯曲和复位氧化锌纳米导线既可产生压电放电）技术，将数以百万计的 这种导线连接成阵便可产生足够驱动纳米级器件的电流。尽管颇有成就，麻省理工学院的调查还是揭示了对纳米技术商业化至关重要的产业障碍，它 们包括高企的加工成本、较长的入市时间、不充足的投资、知识产权问题、优秀人力资源的 短缺以及管理、安全和环境问题。上述