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超声波驱动式纳米发电机问世
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| 科学网 2007-04-09 |
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而出。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发展过程中的一个里程碑性进展。“它能收集周围环境中微小的震动机械能并转变为电能来为其它纳米器件，如传感器，探测器等提供能量。这种震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、空调或其它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。纳米发电机的发明将在能源、生物医学、国防、以及人们日常生活等众多领域产生重大的影响。”
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，王中林同时也兼任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。早在7年前，他已意识到氧化锌材料独特的半导体、压电、光学和生物学特性，他的科研小组一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成以及纳米器件的应用方面的研究，先后研制出氧化锌纳米带、氧化锌纳米环结构、和氧化锌超晶格纳米螺旋结构等。
谈到能独立工作的纳米发电机的未来，王中林说：“这一新发现势必在纳米压电电子学 (nanopiezotronics) 的研发新概念和新领域中扮演重要的角色。”
图片说明：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。利用约五百根纳米线可连续发出纳安级的电流才。
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