圖片說明： (a)基于垂直于基片生長的納米線所設(shè)計的納米發(fā)電機(jī)((VING)。(b)基于平行于基片多行生長的納米線所設(shè)計的納米發(fā)電機(jī)(LING)。(c)基于一行平行于基片生長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)，并首次實現(xiàn)了基于全納米線的自驅(qū)動納米體系，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。

      論文的三位審稿人對該工作給予高度評價：“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、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)動的化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)傳感探測器等無線搖控的納米器中發(fā)揮重要作用?！?/P>

      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)實際應(yīng)用于納米科技領(lǐng)域的一個瓶頸問題。為了攻克這一技術(shù)難題，小組成員徐升、秦勇和許晨等，在兩年的時間里經(jīng)過上千次實驗，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，輸入電壓可提高到0.243伏特。這個值接近二極管的閾門電壓，使得輸出電荷的儲存成為可能。與此同時，運用低溫水熱分解方法，通過巧妙的實驗設(shè)計和組裝，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)展將極大地推動納米發(fā)電機(jī)在納米科技領(lǐng)域的實際應(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)計的多層納米發(fā)電機(jī)也為未來大規(guī)模實際應(yīng)用提供了一條可行的實施方案，如收集風(fēng)能、潮汐能、引擎的轉(zhuǎn)動、空調(diào)或其他機(jī)器運轉(zhuǎn)時的機(jī)械能、人行走時肌肉的伸縮能或腳對地面的壓縮能，甚至在人體內(nèi)由于呼吸、心跳或血液流動帶來的體內(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)就是實現(xiàn)納米器件的自驅(qū)動化，即不需要外接電源或電池。如今，通過將一個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現(xiàn)了基于全氧化鋅納米線的自驅(qū)動納米體系。在這個納米體系中，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，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。這是實現(xiàn)自驅(qū)動納米體系的關(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，實現(xiàn)基于全氧化鋅納米線的自驅(qū)動納米體系，為將來實現(xiàn)可植入生物活體的自驅(qū)動納米探測器提供了原始模型。這項原創(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?！?BR>