納米發(fā)電或?qū)崿F(xiàn)

把納米發(fā)電引入生活生產(chǎn)之中，能源利用將更加多樣化

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(fā)電技術(shù)成為會議關(guān)注的焦點(diǎn)之一。納米技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)走入人們的日常生活中，各種納米材料目前在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用;而以納米傳感器、納米機(jī)器人等為代表的納米器件，則成為空間巨大的發(fā)展領(lǐng)域之一。

納米器件擁有尺寸小、功耗低、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)，但納米器件的運(yùn)行必須有電池和集成電路的支持，目前無法達(dá)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(xué)院教授王中林2006年首次提出納米發(fā)電機(jī)的理念，使納米發(fā)電機(jī)的研究成為微型能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，進(jìn)而開辟了納米壓電電子學(xué)這一新興的學(xué)科領(lǐng)域。

納米壓電電子學(xué)原理是利用原子力顯微鏡探針，壓迫氧化鋅納米線產(chǎn)生彎曲，使鋅離子和氧離子產(chǎn)生了電勢能并形成電流。在此基礎(chǔ)上，王中林領(lǐng)導(dǎo)的研究小組選用兼具壓電效應(yīng)和半導(dǎo)體效應(yīng)的氧化鋅，利用納米線、納米薄膜等材料的結(jié)構(gòu)特性，成功發(fā)明了納米發(fā)電機(jī)，實現(xiàn)了將周圍環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的目標(biāo)。與此同時，利用超聲波等其他方式為納米壓電材料提供機(jī)械能，使納米發(fā)電機(jī)擺脫了對原子力顯微鏡探針的依賴。

在深入研究如何進(jìn)一步提高機(jī)械能到電能轉(zhuǎn)變效率的同時，靜電和摩擦也被納入可向納米發(fā)電機(jī)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(xiàn)象，可產(chǎn)生足夠的能量。而采用納米技術(shù)來制造特定材質(zhì)的兩種摩擦表面，還可以使摩擦有效面積擴(kuò)大，從而提供更強(qiáng)的摩擦并轉(zhuǎn)換出比壓電效應(yīng)更為可觀的電能。

隨著納米發(fā)電機(jī)研究的不斷向前推進(jìn)，納米能源的開發(fā)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(diào)或其他機(jī)器引起的噪音、人在行走時肌肉的伸縮或?qū)Φ孛婺Σ恋饶芰?，來實現(xiàn)能源自給，甚至人體內(nèi)由于呼吸、心跳獲得血液流動的細(xì)微能量都可用于納米發(fā)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(fā)電機(jī)的問世，是納米壓電發(fā)電由科學(xué)現(xiàn)象到實際應(yīng)用的一個重大里程碑。隨著單個發(fā)電機(jī)器件輸出功率的不斷提高，納米發(fā)電機(jī)目前已能夠驅(qū)動一些常規(guī)電子器件。但壓電納米發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展目前面臨著工藝復(fù)雜、成本過高、電力輸出較低等技術(shù)障礙，尚不利于商業(yè)化和日常應(yīng)用。

雖然納米發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)，靠走路產(chǎn)生的摩擦和能量為手機(jī)或其他電子設(shè)備充電;或者在車站、商場等人流密集區(qū)域采用內(nèi)置納米發(fā)電機(jī)的地板，通過來往人群產(chǎn)生壓電效應(yīng)為建筑本身提供能源等諸多設(shè)想，很可能在不遠(yuǎn)的未來就將成為現(xiàn)實。