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神奇的納米發電 不遠的未來將成為現實  發布時間: 2013/8/15 17:26:53

  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。

來源:人民日報

 


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