两台新型纳米级别的发电机以及发电机内部使用的纳米线

      本周《自然-纳米科技》在线版透露：这些发明或许就是基于一个扁平的、回形针大小的“纳米发电机”来实现。这款发电机通过挤压、弯曲或者摇动，可以产生与普通AA电池相同的电压。之前由纳米零部件组成的运动充电设备都不能产生这种电压，由此我们或许可以展望，新型设备的出现将为自主充电的纳米电子器件领域开启一道大门。

     科学家已经设计出利用机械能为电子器件充电的设备。例如，在2008年，研究人员设计出一款可以给手机充电的脚固定器。但是发电机越小，它所能提供的电能就越少——而且它可能为电池充电的可能性也越小。到目前为止，研究人员还没有设计出基于纳米技术生产的发电机，可以给纳米级别或其他任何级别器件充电。

     材料学家王中林以及他在亚特兰大佐治亚技术研究院的同事称，目前他们已经攻克这一难关。王中林实验室已经设计出两台塑料包裹的纳米发电机——每一台都极其纤薄、柔软，长度和厚度与一个回形针相近。发电机的主要成分是由氧化锌晶体构成的所谓的纳米线，氧化锌是能够将机械压力转化为能量的一种压电材料。每一根纳米线都只有几百纳米粗细（比大多数细菌体长还要细）。

     其中一台发电机的纳米线看起来像一床指甲，里面为了持久耐用填充了塑料材料，并由两层导电材料夹在中间。当研究人员轻轻挤压发电机时，它就会产生大约0.24伏的电压。这足以给王中林小组研发的两个不同的纳米感应器充电了：一个用来测量液体的酸性；一个用来检测紫外线。

     另一台发电机更强大。它的纳米线看起来像铁路的两条轨枕，一条连接铬轨，两一条连接相反的金轨。王中林研究小组在一张薄板上安装了700组这样的线路。当研究人员轻轻弯曲发电机时，它就可以产生1.26伏以上的电压，这是前面那台发电机的60倍还多，而且它已经接近标准碱电池的电压1.5伏了。这个电压提高了这台发电机实际应用的可能性，例如不用插电就可以给手机电池充电。王中林对于建立运动充电感应器网络也十分兴奋。“你可以在房间里安装成百上千个看不见的感应器来检测火险、水险、有毒气体泄漏、甚至入室抢劫，”王中林这样说道，“如果出现问题，你无需给它们充电、插上线板或更换电池，它们可以自动通过无线将数据传输到电脑上。”

     比起当前的发电设备，纳米发电机有多项优点。它们不像许多压电材料那样，需要有毒重金属，王中林说，这使得纳米发电机对环境无害，而且嵌入到人体内也不会对人们造成伤害。它们还可以在低于水的沸点的温度下制成——这比制造标准电子元件所需的温度要低得多。而且，王中林还说，这种发电机“很有可能可以大批量生产”，这样它们就能够普及到生活的各个方面。

     美国布克海文国家实验室的材料科学家朱一梅（音译）尽管没有参与这项研究，但仍“认为这项研究前景可观”。“这是我第一次听说，运动可以产生某种伏特的电压，而且可以给纳米设备充电。”韩国成均馆大学材料科学家金相佑（音译）在一封电子邮件中表示，这项新的研究首次证实“任何地点、任何时间都可以实现的电子系统”，它必将对纳米科技产生“广泛影响”。

     王中林称，在纳米发电机进入我们的衣服、手机等领域之前，他还将致力于将纳米发电机制作地更小巧，他的研究团队也要进一步改进发电机的总体发电量以及储存电荷的能力。“这是我们的下一个挑战”。(曹丽敏）
 

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