為支持歐盟委(wěi)員(yuán)會“零功耗”倡議,首屆國際納米能源會議近日在意大利佩(pèi)魯(lǔ)賈召開,納米發電技術成為會議關注的焦點之一。
納米技術經曆了幾十年的發展,現在已經走入人們的日常生活中,各種(zhǒng)納米材料(liào)目前在世界範圍內得到了廣泛的(de)應用;而(ér)以納米傳感器、納米機器人等為代表的納米(mǐ)器件,則成為空間巨大的發展(zhǎn)領域之一。
納米器件擁有尺(chǐ)寸小、功耗低、反應靈敏等特點,但納米器件的(de)運行必須有電池和集成電(diàn)路的支持,目前無法達到(dào)絕對意義上的最小化。為解決這一(yī)問題,美國佐治(zhì)亞理工學院教授王中林2006年首次提出納米發電機的理念,使納米發電機的研究成為微型能源研究領域的熱點,進而開辟了納米(mǐ)壓電電子學這一新興(xìng)的學科領域。
納(nà)米壓電電(diàn)子學原(yuán)理是(shì)利用原子力顯微鏡探(tàn)針,壓迫氧化鋅納米線(xiàn)產生彎曲,使(shǐ)鋅離子(zǐ)和氧(yǎng)離子產生了電勢能並形成電(diàn)流。在此基礎上,王(wáng)中林領導的(de)研究小(xiǎo)組選用兼具壓(yā)電效應和(hé)半導體效應的氧化鋅,利用納米線、納米薄(báo)膜等材(cái)料的結構特性(xìng),成功發(fā)明了納米發電機,實現了將周圍環境中的(de)機械(xiè)能轉(zhuǎn)化成電(diàn)能的目標。與此(cǐ)同時,利用超聲波等(děng)其他方(fāng)式為納米(mǐ)壓電材料提供機械能,使納米發電機(jī)擺脫(tuō)了對原子力顯微鏡探針的依(yī)賴。
在(zài)深入研(yán)究如何進一步提高機械能到電能轉變效率的同時,靜電和摩擦也(yě)被納入可向納米(mǐ)發電(diàn)機提供(gòng)能量的方式之一。利用日常生(shēng)活中摩擦起電(diàn)這種靜電現象,可產生足夠的能量。而采用納(nà)米技術來製造特定材質的兩種摩擦表麵,還可以使摩(mó)擦(cā)有效麵(miàn)積擴大,從而提供更強的摩擦並轉換出(chū)比壓電效應更為可(kě)觀的電能(néng)。
隨著納米發(fā)電機研究的不斷向前推進,納米能源的(de)開發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、空調或其他(tā)機器引(yǐn)起的噪音、人在行(háng)走時肌肉的伸縮或對(duì)地麵摩擦等能量,來實現能源自給,甚(shèn)至人(rén)體內由於呼吸、心跳獲得血液流(liú)動的細微能量(liàng)都(dōu)可用於(yú)納米發(fā)電,這聽起來像(xiàng)是天方夜譚,但(dàn)卻並非神話。
由超聲波帶動的壓電(diàn)納米發電機的問世,是納米壓電發電由科學現象到實際應用的一個(gè)重大裏程碑(bēi)。隨著單個發電機(jī)器件輸出功率的不斷提高,納米發電機(jī)目前已能夠驅動一些常(cháng)規電子器件。但壓(yā)電納(nà)米發電機的進一步發展(zhǎn)目(mù)前麵臨著工藝(yì)複(fù)雜、成本過高、電力輸出較低(dī)等技術障礙,尚不(bú)利於商業化和日常應用。
雖然納米發(fā)電機(jī)一時還無法解決人類麵臨的能源(yuán)供給(gěi)難題(tí),但借助安裝在鞋底的納米發電機,靠走(zǒu)路產生(shēng)的摩擦和能量為手機或其他電子設備充(chōng)電;或者在車站、商場等人流密集區域采用內置(zhì)納米發電(diàn)機(jī)的地板,通(tōng)過來往人群(qún)產生壓電效應為建築本身提供能源等諸多設想,很可能在不遠的未來就將成為現實。
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