微能源 巨能量：纳米发电机将颠覆传统电力

  摩擦运动产生的微小能量收集起来能不能发电?中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王中林回答是肯定的。生活中随处可见的微小能量可以通过纳米发电机技术汇聚起来进行发电。王中林发明了纳米发电机，用单根纳米线结构实现了从机械能到电能的转化，这背后涉及一维氧化物纳米结构，特别是ZnO纳米带和纳米线的制备、表征和基本物理性能等方面的研究。纳米发电机解决了制约物联网发展的微电源问题，想象一下，各种微小的传感器都能因此自行拥有电源供给，将会带来多么大的变化。说纳米电力将彻底颠覆传统电力，也不为过。

  王中林表示，纳米发电机能在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机，在能源互联网智能电网、物联网、互联网、生物医学、军事、无线通信和无线传感等领域都将有广泛的应用。纳米发电机将促进纳米级能源的发展，进一步影响大型能源的开发利用，满足未来对能源的需求。

  王中林表示，我们大家所熟悉的传统发电机大部分是电磁发电机。我们在中学学习物理的时候，就知道磁铁穿过线圈可以产生电流。这一知识的发现要追随到1831年英国科学家法拉第首先提出了电磁感应原理，科学家利用这一原理发明出了电磁发电机，利用动力发电。可以说，这是把水力、风力、火力、核能变成电能最根本的技术。

  王中林表示，我们在寻找微纳能源时，发现表面上修饰着纳米结构的塑料薄膜，它们互相之间切磋时就有静电产生。使我们吃惊的是，这种方式产生的电压电流是我们过去用压电产生的几十倍。从2011年我们发现这一现象到去年，在不到一年半的时间，我们使它的输出功率提高了五个数量级，而且使用的材料是完全透明的。生活中咱们常见的发电机，有几个是透明的?我们用这种塑料材料、薄膜材料，借助纳米技术修饰表面使机械能转化为电能。当然，完成到这一步，只是证明了这个概念。接下来我们要计它输出电能的效率，也就是说有多少摩擦能量可以转化为电能，通过实验我们获得的机械能转化效率是55%，我们最近还做了总转化功率，数字达到了85%，这可以说是惊人的。

  纳米发电的优势还是很明显的。它未来的应用前景主要有三大应用领域：第一大领域是移动通讯、移动能源;第二个应用是自驱动的传感。物联网方面。第三大领域我们称之为大能源。我们现在看风力发电机，体积庞大，风力太小带动不起来。而现在利用我们的技术，在一堵墙上做出蜂窝状的小洞，只要有风就可以发电。这就颠覆性地摆脱了传统方法，当然，这并不是说传统方法就没有用了，而是我们能够实现了传统方法无法完成的任务。

  再从风能延伸到海洋能，假如你到海边度假，看海浪起伏，尤其远海起伏颇大。海洋能和太阳能的区别在于，海洋能不受天气影响，反而是天气越坏海浪起伏越大。同时海洋能不分昼夜，而太阳能只能白天产生。如果我们能把这种昼夜不停的能源转化为电能，并有效地接入国家电网，我相信这将改变国家整个大能源形势。

  王中林粗略地进行了一个计算：据文献报道，三峡大坝的发电能力，是20个吉瓦，即10的9次方瓦。先不说电能有多少，但三峡大坝所花人力物力，且不说对环境对国家安全造成的影响，就说移民工程所花时间与财力是巨大的。如果我们的摩擦纳米发电技术做得好，在200公里乘以200公里的海面，利用5米深的水就可以产生相当于约三峡大坝产生的总电量。在远海，200公里乘以200公里的海面上不算大。

  再有这样一个例子，西单商业区的人流进进出出，利用人走路踩过地面这个动作产生的电，每天就相当于约2.5吨煤燃烧产生的电。这个能源在过去是我们没有注意到的，但是这在我们现实生活中随处可见。

  王中林说，所以摩擦纳米发电技术，从小能源到传感技术再到大能源，覆盖面非常广。自然界给予了我们两种东西是不要任何代价的，第一个是太阳，第二个是引力。海洋中的潮汐是引力所致，如果能进行开发，我们有可能为国家的大能源发展开辟新的道路。至于到底什么叫新型能源，可以考究一下，如果能把新型能源叠加起来，例如把太阳能、风能、海洋能叠加起来，我相信能够找到一个很好的方法。

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