高電壓納米發(fā)電機(jī)和自驅(qū)動(dòng)納米器件問世

高電壓納米發(fā)電機(jī)和自驅(qū)動(dòng)納米器件問世  

　　（a）基于垂直于基片生長(zhǎng)的納米線所設(shè)計(jì)的納米發(fā)電機(jī)（(VING）。
      （b）基于平行于基片多行生長(zhǎng)的納米線所設(shè)計(jì)的納米發(fā)電機(jī)（LING）。
      （c）基于一行平行于基片生長(zhǎng)的氧化鋅納米線所組成的納米發(fā)電機(jī)。
      （d）在微小形變下能產(chǎn)生1.2伏輸出電壓的納米發(fā)電機(jī)的光學(xué)照片。 
　　繼2006年發(fā)明納米發(fā)電機(jī)后，中國科學(xué)院外籍院士、美國佐治亞理工學(xué)院教授王中林小組最近開發(fā)出具有高電壓輸出的納米發(fā)電機(jī)，并首次實(shí)現(xiàn)了基于全納米線的自驅(qū)動(dòng)納米體系，新成果發(fā)表在3月28日在線出版的《自然-納米技術(shù)》期刊上。  記錄儀 | 發(fā)生器 | 平嘴鉗 | 電導(dǎo)計(jì) | 電導(dǎo)度計(jì) | 電流計(jì) | 溶氧計(jì) | 溫度探頭 | 粉塵計(jì) | 酸堿度計(jì) | 酸堿計(jì) | 粘度計(jì) | 溫度記錄儀
　　論文的三位審稿人對(duì)該工作給予高度評(píng)價(jià)：“該研究小組一直是致力于基于氧化鋅納米線的納米新能源研究先驅(qū)，論文中報(bào)告的工作不僅是納米發(fā)電機(jī)性能上的一大突破，也為納米新能源的設(shè)計(jì)、裝配和使用壽命的提高等提供了新方法和新思路……該工作是納米科技創(chuàng)新的典范，將在未來自驅(qū)動(dòng)的化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)傳感探測(cè)器等無線搖控的納米器中發(fā)揮重要作用�！� 
　　自從發(fā)明納米發(fā)電機(jī)后，王中林小組相繼發(fā)明了超聲波驅(qū)動(dòng)直流納米發(fā)電機(jī)、纖維納米發(fā)電機(jī)，以及在柔性襯底上的低頻率振動(dòng)交流納米發(fā)電機(jī)。然而，輸出電壓小一直是限制這些納米發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用于納米科技領(lǐng)域的一個(gè)瓶頸問題。為了攻克這一技術(shù)難題，小組成員徐升、秦勇和許晨等，在兩年的時(shí)間里經(jīng)過上千次實(shí)驗(yàn)，研制出基于豎直氧化鋅納米線陣列的多層交流發(fā)電機(jī)，以及基于水平氧化鋅納米陣列的多排交流發(fā)電機(jī)。其中，當(dāng)三層豎直氧化鋅納米線陣列交流發(fā)電機(jī)相互串聯(lián)連接時(shí)，輸入電壓可提高到0.243伏特。這個(gè)值接近二極管的閾門電壓，使得輸出電荷的儲(chǔ)存成為可能。與此同時(shí)，運(yùn)用低溫水熱分解方法，通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和組裝，研究小組在一般的柔性基底上成功合成出700余列生長(zhǎng)方向和晶格取向都平行排列的水平氧化鋅納米陣列。這些水平納米線相互串并聯(lián)連接在一起，在僅僅0.19%的慢性形變下，就將輸出電壓提高到了1.26伏特。王中林認(rèn)為，這一突破性進(jìn)展將極大地推動(dòng)納米發(fā)電機(jī)在納米科技領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。 
　　此外，在這兩種不同構(gòu)型的交流納米發(fā)電機(jī)中，氧化鋅納米線的兩端都與輸出電機(jī)緊密接觸，避免了納米線與電極之間的摩擦和損耗，從而大大提高了發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性和壽命。而交流納米發(fā)電機(jī)被封裝在彈性材料中，又大大拓展了它的工作環(huán)境和應(yīng)用范圍。王中林說，這種三維設(shè)計(jì)的多層納米發(fā)電機(jī)也為未來大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用提供了一條可行的實(shí)施方案，如收集風(fēng)能、潮汐能、引擎的轉(zhuǎn)動(dòng)、空調(diào)或其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械能、人行走時(shí)肌肉的伸縮能或腳對(duì)地面的壓縮能，甚至在人體內(nèi)由于呼吸、心跳或血液流動(dòng)帶來的體內(nèi)某處壓力的細(xì)微變化而產(chǎn)生的機(jī)械能等。 
　　早在2006年，王中林提出，提高納米發(fā)電機(jī)輸出電壓和功率的最終目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)納米器件的自驅(qū)動(dòng)化，即不需要外接電源或電池。如今，通過將一個(gè)基于氧化鋅納米線的pH傳感器或者是紫外線傳感器串聯(lián)到一個(gè)基于氧化鋅豎直納米線陣列的交流發(fā)電機(jī)上，他的研究小組成功實(shí)現(xiàn)了基于全氧化鋅納米線的自驅(qū)動(dòng)納米體系。在這個(gè)納米體系中，交流納米發(fā)電機(jī)通過采集周圍環(huán)境中的微小機(jī)械振動(dòng)，為納米傳感器的持續(xù)工作提供電能。隨著外界條件的變化，傳感器自身的電阻相應(yīng)變化，因而在電路中傳感器兩端的電壓降也隨著相應(yīng)變化。這是實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)納米體系的關(guān)鍵一步。他說：“值得注意的是，研究中考察的納米傳感器只需要范圍在20～40毫伏的電壓即可工作。另外，實(shí)現(xiàn)基于全氧化鋅納米線的自驅(qū)動(dòng)納米體系，為將來實(shí)現(xiàn)可植入生物活體的自驅(qū)動(dòng)納米探測(cè)器提供了原始模型。這項(xiàng)原創(chuàng)性發(fā)明未來將在生物醫(yī)學(xué)、國防和百姓生活中擁有廣泛的應(yīng)用前景�！�