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《科学》杂志聚焦纳米技术应用

作者:毕业论文
出处:www.lunrr.com
时间:2020-01-05
作者:王丹红资料来源:科学时报发布时间:2010年

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《科学》杂志聚焦纳米技术应用

中国科学院外籍院士王忠林预测纳米发电机将影响人们的日常生活

中国科学院外籍院士王忠林预测纳米发电机将影响人们的日常生活。《科学》杂志聚焦纳米技术应用-

对于纳米技术专家王忠林来说,2010年是激动人心、突破性和充满希望的一年。

(照片:《科学》)

对于纳米技术专家王忠林来说,2010年是激动人心、突破性和充满希望的一年。

3月28日,英国《自然—纳米技术》报道了他的研究团队的两项新研究成果:一个具有高电压输出的纳米发生器和第一个基于纳米线的自驱动纳米系统的实现。

4月16日,美国杂志《科学》的新闻焦点专栏发表了一篇评论文章,介绍了将废能转化为可用电能的纳米发电机。文章说:“这些将运动能量转化为电能的微型设备无法驱动城市,但它们很快就足以为手持电子设备和不可见的传感器阵列充电。”

纳米发电机的概念是王忠林在2006年首次提出的。此后,美国杂志《科学》将纳米发电机的研发作为一个新领域展开。

王忠林是佐治亚理工学院中国科学院的主任教授、特聘教授和外籍院士。2006年,他提出:“增加纳米发电机输出电压和功率的最终目标是实现纳米器件的自驱动,即不需要外部电源或电池。”

王忠林的研究小组开发了世界上第一台纳米发电机。他说,现在,纳米发电的发展“已经到了关键时刻”.我相信在这种势头下,纳米发电机将在不久的将来影响人们的日常生活”。

在这篇题为《纳米发电机:用废弃能量驱动超小电器》的文章中,美国杂志《科学》介绍了在纳米发电机领域取得最新突破的三位科学家:

普林斯顿大学化学家迈克尔卡尔平(Michael Kalpin),他的研究团队开发了一种可以嵌入硅胶的柔性压力材料(PZT)纳米带发电机。如果嵌入衣服中,这种微型发电机可以将身体运动产生的能量转换成手机电能。

王忠林,佐治亚理工学院的物理学家,他的研究团队发明了氧化锌纳米发电机,该发电机可以输出目前最高的电压-2.4伏,而标准AA电流的输出电压为1.5伏,实现了基于所有纳米线的自驱动纳米系统。

加州大学伯克利分校的机械工程师林立伟领导的团队开发了一种具有压敏发电特性的长纳米纤维。如果编织成衣服,它还可以将运动能量转化为电能,给手机充电。

卡尔平在文章中称赞王忠林是提出纳米发电机几个概念的先驱。他认为王忠林团队开发的高输出电压纳米发电机是一项伟大的工作。

近20年来,纳米科学界对纳米材料合成的应用研究方兴未艾,尤其是纳米器件的研究。纳米器件具有宏器件所没有的低功耗和灵敏响应等优点。从2000年开始,王忠林认识到氧化锌纳米材料独特的半导体、光学和生物特性,先后合成了氧化锌纳米带、纳米环和纳米带。然而,这些研究主要集中在纳米器件本身。如何解决纳米器件的充电电源是一个新问题。

压力材料通常指由锆钛酸铅组成的薄膜。早在1880年,科学家们就发现向这种压力材料施加电压会使其产生应变。换句话说,压力材料可以将电能转化为机械能。

在2006年初美国杂志《科学》发表的一篇论文中,王忠林提出通过压电材料合成的纳米线将机械能转化为电能,并首次提出纳米发电机的原理。随后,他应用压电产生的电场来控制半导体中载流子的输运过程,于是他提出了压电压电电子学的新概念。

纳米发电机和压电电子是十多年来该领域最令人兴奋的发明,必将在整个纳米学术界掀起纳米电源研究的热潮王忠林当时说,“本发明可以集成纳米器件,实现真正的纳米系统。它可以收集机械能,如人体运动、肌肉收缩和血流。振动能量,如声波和超声波;甚至流体能量,如体液流动、血液流动、动脉收缩等。将被转换成电能并提供给纳米器件,最终实现自供电纳米器件。”

第一台纳米发电机借助原子力显微镜将机械能转化为电能。然而,要实现从科学发现到实际应用的飞跃,最重要的一步是摆脱原子力显微镜的限制,使纳米线能够“独立地”吸收外部环境中的机械能,实现电能的转换和释放。2007年4月,王忠林团队在美国杂志《科学》上报道,他们开发了不依赖原子力的显微镜和能够连续输出由超声波驱动的直流便携式直流纳米发电机。

2008年2月,王忠林的研究团队取得了另一项突破:通过在弹性纤维上生长氧化锌纳米线,他们成功地将纤维的低频振动转化为电能。

2009年1月,他们在《自然—纳米技术》杂志上报道说,他们开发了一种用聚合物薄膜封装的交流纳米发电机。

高压输出纳米发电机和自驱动纳米器件是王忠林集团的最新成就。《自然—纳米技术》杂志的评论者评论道:“研究团队一直致力于基于氧化锌纳米线的新型纳米能源先驱的研究。本文报道的工作不仅是纳米发电机性能的重大突破,也为纳米能源的设计、组装和使用寿命的提高提供了新的方法和新思路……这项工作是纳米技术创新的典范,将在未来实现自驱动化学、生物和医学传感器探测器等无线遥控纳米器件方面发挥重要作用。”

展望未来,美国杂志《科学》上的一篇文章说,今天,人们对能源最绝望的想法是产生无碳的太瓦级电力,而不是微瓦级或纳米瓦级电力。然而,如果其中一个纳米发电机被成功开发,它们能大规模发电吗?“三位专家都表示,这一目标目前不太可能实现。他们的工作是小规模进行的。然而,这足以影响人们的日常生活,尤其是便携式和移动式小家电。”

《科学时报》 (2010-5-10 A3国际)

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《科学》相关报告(英文)

王忠林团队开发了具有高电压输出的纳米发电机

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