设为首页收藏本站
开启辅助访问 切换到宽版

科学网

 找回密码
  注册
科学网 › 标签 › 纳米发电机

tag 标签: 纳米发电机

相关帖子

 版块 作者 回复/查看 最后发表

没有相关内容

相关日志

底封面文章：混合收集机械能与太阳能的自驱动制氢系统
nanomicrolett 2020-6-8 19:17
Hybridized Mechanical and Solar Energy-Driven Self-Powered Hydrogen Production Xuelian Wei, Zhen Wen*, YinaLiu, Ningning Zhai, Aimin Wei, Kun Feng, Guotao Yuan, Jun Zhong, Yinghuai Qiang*, Xuhui Sun* Nano‑Micro Lett.(2020) 12:88 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00422-4 本文亮点 1. 设计制备 转盘式摩擦纳米发电机 ，可从水流中获取机械能，并作为可持续电源，为电化学过程提供外部偏压。 2. 制备的 WO 3 /BiVO 4 异质结电极 可作为一种良好的光电阳极材料应用于光电化学制氢体系内。 3. 整个系统可以在光照条件下将 机械能和光能同时转化为氢能 ，以实现能量转换目的。 研究背景 基于半导体纳米材料的光电化学分解水制氢技术可通过捕获太阳能转变为氢能。然而，一些半导体光催化材料由于能带位置不合适而不能直接还原水产氢，往往需要施加外加电场来实现制氢过程，极大地限制了其在实际生活中的应用。摩擦纳米发电机可以有效地收集生活中各种类型的机械能并输出电能，通过一些简单的电路变换就可以为不同电化学过程提供所需的偏压条件。将摩擦纳米发电机与光电化学分解水制氢系统结合起来，便可同时收集太阳能和机械能并转化为氢能，为实现能量的高效转化提供了可行的方案。 内容简介 严重的能源危机是人类必须面对的一个紧迫的全球性问题，氢能源作为一种极具前景的清洁能源而备受青睐。光电化学分解水制氢技术逐渐发展成为一种可以捕获太阳能并以氢气形式将其转化为化学能的热门研究领域。然而，在实际应用中，如何给基于半导体材料的光电分解水系统提供所需的额外电场仍然是一个巨大的挑战。苏州大学功能纳米与软物质研究院孙旭辉教授团队与中国矿业大学材料与物理学院强颖怀教授团队合作，在本文中报道了一种摩擦纳米发电机与光电化学分解水制氢技术相结合的自驱动制氢系统，在不需要人为地施加外部偏压的情况下，可将环境中的机械能和太阳能同时收集并转化为氢能。在160 rpm转速时，光照下的析氢速率可达7.27 μL/min，能量转换效率可达2.61%。 图文导读 I 光电阳极材料的物性表征 采用水浴法与电沉积法相结合的制备方式合成了一种WO 3 /BiVO 4 异质结光电阳极。分析图1(a-d)，基本可以推测出所制备的新样品由WO 3 和BiVO 4 组成且成分较纯，而从高分辨透射电镜图中(1e)则明显看到BiVO 4 纳米颗粒在WO 3 表面发生了高效地沉积，进一步证实了WO 3 /BiVO 4 异质结的成功构建。如图1g所示为WO 3 和BiVO 4 的能带结构示意图。从图中可以看到，BiVO 4 价带的电极电势明显高于WO 3 价带的电极电势，这有利于光生空穴从WO 3 表面向BiVO 4 表面的转移和传递，从而减少光生电子-空穴对的复合，使得WO 3 /BiVO 4 异质结的性能得到提升。 图1. (a)WO 3， BiVO 4 和WO 3 /BiVO 4 的XRD图；(b)WO 3 和(c)WO 3 /BiVO 4 的SEM图；WO 3 /BiVO 4 的(d)SEM截面图和(e)HRTEM图；(f)WO 3 ，BiVO 4 和WO 3 /BiVO 4 的UV光谱图；(g)能带结构示意图；(h)WO 3 和WO 3 /BiVO 4 样品在W 4f 的XPS谱图。 II 光电阳极材料的光电化学性能 通过莫特-肖特基曲线计算得到BiVO 4 和WO 3 /BiVO 4 的载流子浓度，分别为7.30×10 19 cm -3 和6.81×10 23 cm -3 。相比可知，WO 3 /BiVO 4 异质结光阳极具有更高的载流子浓度，这也是其性能提高的部分原因(图2a)。与WO 3 和BiVO 4 相比，WO 3 /BiVO 4 异质结光电阳极具有更小的阻抗环半径，这进一步确定了WO 3 /BiVO 4 异质结对光电催化性能的提高有显著的促进作用(图2b)。如图2c所示，在1.23 V vs. RHE时，WO 3 /BiVO 4 异质结光电阳极的光电流密度升高至5.24 mA/cm 2 ，是单个WO 3 光电阳极光电流密度的七倍，同时也是单个BiVO 4 光电阳极的两倍多。通过稳定性测试验证了该样品具有良好的光电化学稳定性(图2d)。 图2.WO 3 ，BiVO 4 和WO 3 /BiVO 4 的(a)Mott-schottky曲线和(b)EIS Nyquist图；(c)WO 3 ，BiVO 4 和WO 3 /BiVO 4 电极的 J-V 曲线，插图为电压在 0.8-1.8 V vs. RHE 间的放大 J-V 图；(d)WO 3 /BiVO 4 电极的光化学稳定性测试，电压为1.23V vs. RHE。 III 摩擦纳米发电机的工作机理及输出性能 一个自制的转盘式摩擦纳米发电机(rotatory disc-shapedTENG, RD-TENG)被用来为该自驱动制氢系统提供外部偏压(图3a-b)。该RD-TENG的工作机理是基于独立层模式的，主要取决于电极间电子的交替流动以及摩擦起电和静电感应的耦合效应(图3c)。图3(d-e)分别展示了60-140 rpm转速范围内RD-TENG的开路电压( V oc )及短路电流( I sc )。在不同转速下， V oc 始终保持在230 V左右， I sc 则随转速的增加而增大，在转速为140 rpm时，峰值电流达到0.12 mA。变压后，RD-TENG的 V oc 和 I sc 均随着转速的增加而增加，当转速达到140 rpm时，峰值电压增加到11 V，相应的峰值电流高达1.6 mA。 图3.RD-TENG(a)结构示意图(插图为PTFE薄膜的SEM图)、(b)实物照片和(c)工作机理图；(d)变压前RD-TENG的开路电压( V oc )和 短路电流( I sc )；(e)变压后RD-TENG的 V oc 和 I sc ，转速范围为60-140 rpm。 IV 自驱动光电化学制氢系统的输出及演示 实现半导体材料光电化学分解水产氢需要施加足够的外部偏压，而摩擦纳米发电恰好可以较容易地输出所需要的偏压。因此，本文将RD-TENG与基于上述WO 3 /BiVO 4 异质结光电阳极的光电分解水化学池连接到一起，成功地构建了一种自驱动光电化学产氢系统并测试了其输出性能，如图4 所示。利用变压器对所制备的RD-TENG的输出进行降压升流变换，然后经过全波整流桥，输出所需直流电。RD-TENG在旋转过程中，由于电解作用，在Pt电极表面发生光电催化反应，铂丝电极周围出现明显且连续的氢气泡，最终通过氢气收集管收集起来。如图4f所示，产氢速率随转速的增加逐渐增大，特别地，当转速达到160 rpm时，光照条件下的析氢速率达到7.27 μL/min，对应的能量转换效率为2.61%。由于峰值输出特性，RD-TENG的电压输出并不总是保持在峰值，在低电压部分，光电解水起主导作用，光照作用不容忽视。该系统能够成功地将太阳能和机械能同时收集起来并转化为氢能形式的化学能储存起来，为能量转化和收集提供了一个良好的策略。 图4.(a)自驱动光电化学产氢系统的结构示意图；(b)不同转速下黑暗或光照条件下的电流变化；(c)黑暗或光照条件下峰值电压-峰值电流曲线，插图为不同转速下黑暗或光照条件下的峰值电流变化；(d，e)氢气收集管在不同时间的光学图像和实物照片；(f)不同转速下光照和黑暗条件下的析氢速率。 作者简介 魏雪莲 本 文第一作者 硕士研究生 中国矿业大学 材料与物理学院 ▍ 主要研究领域 师从强颖怀教授，主要研究方向为光电解水；转盘式摩擦纳米发电机的应用。 ▍ 主要研究成果 迄今在Nano-micro Letters期刊上以第一作者发表SCI学术论文一篇、在Nano Energy期刊上发表SCI学术论文一篇 。 ▍Email: xlwei@cumt.edu.cn 强颖怀 本文通讯作者 教授，博士生导师 中国矿业大学材料与物理学院 ▍ 主要研究领域 主要从事新能源材料、材料表面工程、矿物材料、复合材料领域的教学和研究。 ▍ 主要研究成果 主持及参加了10余项国家、省部级项目，获省级二、三等奖各一项。发表SCI收录论文100余篇，获授权发明专利7项。 ▍Email: yhqiang@cumt.edu.cn 文震 本文通讯作者 副研究员，硕士生导师 苏州大学功能纳米与软物质研究院 ▍ 主要研究领域 ①柔性摩擦纳米发电机关键材料的制备及性能研究；②基于摩擦纳米发电机的自供电能源系统研究；③基于摩擦纳米发电机的自驱动传感技术研究；④摩擦纳米发电机的高电压输出应用研究。 ▍ 主要研究成果 现已在SCI收录国际期刊上发表论文70余篇，他引超过4500次，并已获授权发明专利20余项。目前担任国际杂志Electronics Letters副主编。 ▍Email: wenzhen2011@suda.edu.cn 孙旭辉 本文通讯作者 特聘教授，博士生导师 苏州大学功能纳米与软物质研究院 ▍ 主要研究领域 研究团队目前主要致力于纳米材料和纳米功能器件及其在电子信息、新能源和化学传感器方面的研究，以及同步辐射技术及其在纳米材料研究中的应用研究。 ▍ 主要研究成果 现已在SCI收录国际期刊上发表论文190余篇，他引5300余次，H-index 42，获得美国专利3项，PCT专利2项，申请中国专利80余项。担任国际杂志IEEETransaction on Nanotechnology副主编，Frontiers in Materials编委会委员，是国际电子电工学会(IEEE)高级会员、国际材料学会、国际X射线吸收谱学会会员，以及国家同步辐射实验室用户委员会副主任、上海光源用户委员会委员，国家纳米标准委员会苏州工作组副组长。 ▍Email: xhsun@suda.edu.cn 撰稿： 原文作者 编辑： 《纳微快报》编辑部 关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624
4974 次阅读|0 个评论
张海霞︱知识有价
热度 3 张海霞 2019-12-24 05:22
2019-12-23 早上到了办公室就看到 Wiley 出版社寄来的正式出版的新书，真好！其实我这次在美国买了几十本书，可是没舍得买自己写的这本书，为什么？因为真的是太贵了 —141 美元！更匪夷所思的是电子版更贵 —204 美元！第一次看到自己的书这么贵，虽然舍不得买，还是很骄傲， 因为终于感觉到智力工作得到了尊重和认可：知识不仅有价而且是高价！ 内容简介 《 Flexible and Stretchable Triboelectric Nanogenerator Devices: Toward Self‐\powered Systems 》 作者： Mengdi Han, Xiaosheng Zhang, Haixia Zhang 出版日期： 30 September 2019 本书共分为四个部分共 19 个章节： PART I: Fundamentals of Triboelectric Nanogenerators ， 这是本书的起点。 主要给所有关注摩擦发电机的同行一个全面实用的摩擦发电机的阐述，因此应该涵盖摩擦发电机相关研究的各项基本内容，包括工作原理、工作模式和结构设计、加工技术、测试标定以及能量管理技术。这部份共有五章： Chapter 1 Overview of Triboelectric Nanogenerators Chapter 2 Structures of Triboelectric Nanogenerators Chapter 3 Fabrication of Triboelectric Nanogenerators Chapter 4 Characterization of Triboelectric Nanogenerators Chapter 5 Power Management of Triboelectric Nanogenerators PART II: Approaches to FLEXIBLE STRETCHABLE ，这是本书的特色。 因为摩擦发电机的种类很多，但是本书主要关注摩擦发电机在可拉伸可延展方面的应用，所以如何让器件具有这样的特性是有很多种不同路径的，包括常用的材料（ 0D ， 1D ， 2D 纳米材料）、不常用的 3D 结构以及其他方法，这对于关心可拉伸可延展器件的同行非常有意义。这部分共有 6 章： Chapter 6 Overview of Flexible and Stretchable Approaches Chapter 7 Flexible and Stretchable Devices from 0D Nanomaterials Chapter 8 Flexible and Stretchable Devices from 1D Nanomaterials Chapter 9 Flexible and Stretchable Devices from 2D Nanomaterials Chapter 10 Flexible and Stretchable Devices from Unconventional 3D Structural Design Chapter 11 Flexible and Stretchable Devices from Other Materials PART III: SELF-POWERED SMART SYSTEMS ，这是本书的精华。 具有可拉伸可延展特性的发电机不仅可以用来做为发电器件更可以做为自驱动的智能系统，这也是近年来研究界最关注的方向，包括主动式和复合式的传感器和执行器、电子皮肤和一体化的智能系统。这部份共有五章： Chapter 12 Active Sensors Chapter 13 Hybrid Sensors Chapter 14 Smart Actuators Chapter 15 Flexible/Stretchable E-Skin Chapter 16 All-in-One Self-Powered Microsystems PART IV: APPLICATIONS of Flexible and stretchable self-powered smart systems ， 这是本书的落脚点。 前述的科技在不同领域的实际应用例子，包括生物医疗系统、物联网和人工智能以及环境的监测和保护等领域。这部份共有三章： Chapter 17 Applications in biomedical systems Chapter 18 Applications in Internet of Things and Artificial Intelligence Chapter 19 Applications in Environmental Monitoring/Protection 出版信息 Print ISBN:9783527345724 |Online ISBN:9783527820153 |DOI:10.1002/9783527820153 2019 Wiley‐\VCH Verlag GmbH Co. KGaA. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527820153 虽然有点贵，但绝对值得拥有！
个人分类: 科研工作|3308 次阅读|3 个评论
关于纳米发电机：2018年8月获奖，为啥2019年6月才成为“网红”？
ciccasduanhq 2019-6-18 18:44
2019年6月14日，2019年度“阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖”（Albert Einstein World Award of Science）揭晓，中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家、国科大纳米学院院长、美国佐治亚理工学院终身讲席教授王中林斩获这一世界性的大奖，成为首位获此殊荣的华人科学家。 2018 年 8 月 23 日，埃尼奖组委会科学委员会决定将 2018 年度埃尼“前沿能源奖”授予王中林院士，奖金为 20 万欧元，以表彰他首次发明纳米发电机、开创自驱动系统与蓝色能源两大原创领域，以及将纳米发电机应用于物联网、传感网络、环境保护、人工智能等新时代能源领域等先驱性重大贡献。埃尼奖（ Eni Award ）被认为是世界能源领域的“诺贝尔奖”，与计算机界图灵奖、数学界菲尔兹奖等并称为领域性最高奖项。中科院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王中林是迄今为止获此殊荣的第一位华人科学家。埃尼奖组委会科学委员会 2018 年 10 月 22 日，意大利罗马市奎里纳尔宫，意大利总统马塔雷拉，意大利埃尼集团董事长、首席执行官等见证王中林领奖。 其实，关于纳米发电机最早2006年就收到了关注： 由 565 名中国科学院院士、中国工程院院士投票评选的 2006 年世界十大科技进展新闻中“世界上最小的发电机 —— 纳米发电机问世”排名第四。 大家怎么看？
个人分类: 技术评论|974 次阅读|0 个评论
[转载]王中林获得爱因斯坦世界科学奖
redtree 2019-6-16 08:12
王中林获得爱因斯坦世界科学奖 来源： 中国科学院北京纳米能源与系统研究所 发布时间：2019/6/15 8:36:38 6月14日，2019年度“阿尔伯特.爱因斯坦世界科学奖”（Albert Einstein World Award of Science）揭晓，中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家、国科大纳米学院院长、美国佐治亚理工学院终身讲席教授王中林斩获这一世界性的大奖，成为首位获此殊荣的华人科学家。该奖项评选委员会评价王中林教授在纳米发电机和自供能系统领域做出了开创性的重大贡献，认为这一领域“将对人类和我们社会的可持续发展产生巨大的利益”，“有望在不久的将来改变世界”。 （阿尔伯特.爱因斯坦世界科学奖奖章） 爱因斯坦世界科学奖是一项著名的世界性科学大奖，由世界文化理事会（World Cultural Council）设立，每年颁发一次，目的是表彰和鼓励世界科学技术领域的重大研究进展，授予为人类带来福祉的杰出科学家。该奖获奖人由来自50个国家和地区的124位世界著名科学家组成的跨学科委员会选出，委员会成员包括25名诺贝尔奖得主。 王中林院士凭借在微纳能源和自驱动系统领域的开创性成就获得本年度爱因斯坦世界科学奖。世界科学奖评选委员会对王中林教授的科学成就给予高度评价，认为他在纳米发电机和自供能系统研究方面做出了影响深远的开创性贡献，使人类从环境和生物系统中获取能量这一全新的技术成为现实，并认为这一技术“有潜力彻底改变我们生活的每一个角落”，“有望在不久的将来改变世界”。 评选委员会充分肯定了王中林教授创立的研究领域给世界科技和工业界带来的重大而深远的影响，认为这些发现和突破已经引发世界范围内学术界和工业界对纳米能源与自驱动系统技术的兴趣与努力，这些应用将对人类和我们社会的可持续发展产生巨大的利益，并且认为他发明的海洋蓝色能源技术，“有可能从海浪中获取大量能源以解决世界未来的能源需求”。 选评委员会在认可王中林教授在科技领域贡献的同时，也对他在物理学领域取得的成果予以充分肯定，认为他首先证明了纳米发电机起源于麦克斯韦的位移电流，建立了利用机械能为移动传感器供电的原理和技术路线图；认为他对摩擦带电物理学阐释解决了一个2600年的科学问题，为摩擦电纳发电机奠定了理论基础。 最后，评选委员会对王中林的个人品质和学术水平作出了高度评价，认为他是一位“天生的领导者，总是非常善良，鼓舞人心，充满活力，对与他合作的每个人都有积极的影响”。此外，评选委员会对他在学术上取得成绩表示钦佩，认为他对世界纳米技术界产生了巨大影响。目前，王中林已经发表论文1500余篇，包括55篇在NATURE、SCIENCE及其子刊上发表的文章；根据Google Scholar的统计，他的论文被引用次数超过20.6万次，标志学术影响力的H指数为226。 爱因斯坦世界科学奖以伟大的科学家阿尔伯特.爱因斯坦的名字命名，象征着国际科学界的崇高荣誉。该奖项从1984年开始每年颁发1次，每次获奖人数仅为1人，之前已有35名科学家获得此奖项，其中包括4位诺贝尔奖得主,即：1995年诺贝尔化学奖得主Sherwood Rowland,1999年诺贝尔化学奖得主Ahmed Zewail,2001年诺贝尔医学奖得主Paul Nurse和2016年诺贝尔化学奖得主J. Fraser Stoddart。此外，世界文化理事会还每两年评选一次“爱因斯坦世界艺术奖”、“爱因斯坦世界教育奖”。三个奖项总计已产生了74名获奖人，尚无华人获此殊荣，王中林教授此次获奖开创了华人获得该奖的历史。颁奖典礼将于今年10月2-4日在日本举行。　　 爱因斯坦世界科学奖官网： https://www.consejoculturalmundial.org/news/dr-zhong-lin-wang/ 最年轻中国科学院外籍院士 1961年，王中林生于陕西省蒲城县。在他出生两年前的1959年，物理学家理查德·费曼（Richard P. Feynman）发表《底部还有很大空间》（There's Plenty of Room at the Bottom）演讲，“纳米”一词被世界广泛关注。1978年，王中林考取了西北电讯工程学院（西安电子科技大学的前身），学习物理，同时也开启了他的励志“开挂”人生。 在“恶补”英语一年后，他于1982年通过中美联合培养物理类研究生计划，赴美国亚利桑那州立大学就读，1987年7月获得物理学博士学位。1995年，王中林应聘到佐治亚理工学院当副教授，由于没有专用实验室，他只能白天看文献，晚上蹭别人的实验室进行研究。“不能因为条件艰苦而停止研究”，在这样的环境下，王中林用3年时间发表了80多篇论文，并一举获得终身教授的席位。 自1992年以来，王中林长期推进中美科技、教育的交流和发展，频繁往返中美两国，培养了多位分布在中国和美国的华人学生、学者。 2009年，王中林当选最年轻的中国科学院外籍院士。2010年起，他参与组建中国科学院北京纳米能源与系统研究所。在他的带领下，纳米能源所硕果频出，在领域内处于国际研究领头羊地位。 绊倒你的可能是块金子 2005年的一天，王中林与一位博士生用当时最高级的手段测试纳米材料的压电系数。学生做了一个夏天，得到的结果却和王中林期待的不太一样。是方法错了，假设错了，还是计算错了？他和学生一起反复研究，重新计算，最终发现了一个全新的方向：利用纳米材料发电。一年后，王中林发明了纳米发电机。 纳米发电机是基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机,是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。图/中国科学院北京纳米能源与系统研究所网站 它的问世完全打破了人们对“发电机”尺寸的认识极限。纳米发电机能实现对环境中特别微小机械能的进行收集和利用。例如，空气或水的流动、引擎的转动、机器的运转等引起的各种频率的噪音、人行走时肌肉伸缩或脚对地的踩踏、甚至在人体内由于呼吸、心跳或血液流动带来的体内某处压力的细微变化，都可以带动纳米发电机产生电能。因此，纳米发电机理论为目前实现物联网和传感网络以及大数据提供了理想的电源解决方案。 “有时候你摔了一跤，但绊倒你的很可能不是砖头，而是一块金子。”后来回忆起这段波折的经历，王中林如此形容。 研发无需电池的自驱动心脏起搏器 2012年，王中林带领团队构建了全新的纳米器件“摩擦纳米发电机”。小巧的“摩擦纳米发电机”可以把人走路、说话、心跳，肌肉收缩等运动中由摩擦产生的能量收集起来，转换成电能，为一些设备供电。未来很多装置在身体中的医疗器械就不再需要电池了，因为自驱动本身就是一种可以实现自己发电的技术。这一技术还可以推广使用在安防和老年人监护等方面。 今年年初，国际顶级学术期刊《自然—通讯》（Nature Communications）发表了一篇论文，介绍了王中林及其同事联合研发的一款可植入式自驱动心脏起搏器：无需电池供能，仅从心脏搏动中就能收集足够的能量，确保心脏起搏器工作。这意味着，患者不必再为更换电池失效的起搏器遭受多次手术之苦了。中美科学家团队在猪体内证实，他们的可植入系统不仅可以进行心脏起搏，还能纠正窦性心律不齐。 爱因斯坦世界科学奖评选委员会称，王中林在纳米发电机和自供能系统研究方面做出了影响深远的开创性贡献，使人类从环境和生物系统中获取能量这一全新的技术成为现实。 提出颠覆性海洋能采集方式 王中林另一项备受瞩目的研究是海洋蓝色能源技术，被评选委员会称为“有可能从海浪中获取大量能源以解决世界未来的能源需求。” 蓝色能源与传统绿色能源相比，拥有地理分布上的优势，海洋覆盖了地球70%的表面。但利用海洋能发电研究领域一直进展缓慢，海洋波力发电开发困难重重。 海洋能的采集主要基于电磁感应的原理，利用海洋水流冲击形成线圈对磁感线的切割来产生电能。然而，构成传统电磁感应机的是重的磁铁和线圈，放到水中后会往下沉，不能自然地浮在水体表面，除非从海底建立支撑塔架，但这样会加大工程的难度和代价。由于海浪上下翻腾的不规则运动，使得传统的电磁发电机难以收集波浪能。 王中林利用摩擦纳米发电机的原理，为收集利用海洋能源提供了新的解决方案。摩擦纳米发电机的输出效率远高于电磁发电机，非常适用于收集蓝色能源，在缓慢流动和随机方向的波流条件下能够稳定输出功率。 “我们将摩擦发电机做成了球形，像网球一般大小。通过球中套球，外层的球在水中随波浪晃来晃去，里边的球也随波动晃来晃去，就会产生发电所需的能量。并且因为它是球体，所以是无规则的，哪个方向都可以。通过发电球积少成多的规模效应，收集波动能量并发电的可能性大大提高了。” 对每一位合作者都有积极影响 除了开创性的科研成果，王中林的个人品质也赢得了评选委员会的高度评价——“他是一位天生的领导者，总是非常善良，鼓舞人心，充满活力，对与他合作的每个人都有积极的影响”。 评选委员会对他在学术上取得成绩表示钦佩。目前，王中林已经发表论文1500余篇，包括55篇在《自然》（Nature）、《科学》（Science）及其子刊上发表的文章；根据谷歌学术（Google Scholar）的统计，他的论文被引用次数超过20.6万次，标志学术影响力的H指数为226。 2018年7月23日，王中林因其在纳米发电机理论和技术方面的重大原创性贡献获得了世界能源领域的权威奖项“埃尼奖”，该奖一向被誉为是世界能源领域的“诺贝尔奖”。 “我在纳米领域已经研究了30年，未来的20年，我还会坚持现在的研究内容。”王中林在今年年初接受采访时表示，“科研就是我的生活，是我快乐的源泉”。 背景：爱因斯坦世界科学奖 每年仅一人获奖 爱因斯坦世界科学奖以伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦的名字命名，象征着国际科学界的崇高荣誉，由世界文化理事会（World Cultural Council）设立。该奖项从1984年开始每年颁发1次，每次获奖人数仅为1人，目的是表彰和鼓励世界科学技术领域的重大研究进展，授予为人类带来福祉的杰出科学家。 该奖获奖人由来自50个国家和地区的124位世界著名科学家组成的跨学科委员会选出，委员会成员包括25名诺贝尔奖得主。 之前已有35名科学家获得此奖项，其中包括4位诺贝尔奖得主,即：1995年诺贝尔化学奖得主Sherwood Rowland,1999年诺贝尔化学奖得主Ahmed Zewail,2001年诺贝尔医学奖得主Paul Nurse和2016年诺贝尔化学奖得主J. Fraser Stoddart。 此外，世界文化理事会还每两年评选一次“爱因斯坦世界艺术奖”、“爱因斯坦世界教育奖”。三个奖项总计已产生了74名获奖人，尚无华人获此殊荣，王中林教授此次获奖开创了华人获得该奖的历史。 新京报记者 张璐 见习编辑 丁天 校对 卢茜
个人分类: 科技新闻|913 次阅读|0 个评论
最新成果：一体式自驱动智能贴片
张海霞 2018-8-24 10:55
随着柔性可穿戴电子的快速发展，能够准确快速响应身体健康信号变化的便携式传感器具有广阔的应用前景，受到了国内外科研学者的广泛关注。然而，现有的单一传感器受限于能量供给问题，限制了其在电子皮肤等领域的应用。一方面，考虑到制备工艺简单成本低等优势，基于压阻原理的应力传感器能够有效感知形变，但是传统结构灵敏度较低；另一方面，采用超级电容器等微能源器件作为供能元件，但多为分离结构，系统集成度较低。因此，如何制备相匹配的微能源系统，更好的应用于可穿戴领域与健康监测方面，是一个亟待解决的巨大挑战。 近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组基于多孔 CNT-PDMS 导电弹性体，将制备得到的压阻应力传感器与微型超级电容器相结合，提出了一种具有能量存储与应力监测功能的一体式自驱动传感贴片，成功解决了集成度低与能量供给受限等问题。相关研究成果以 “All-in-one piezoresistive-sensing patch integrated with micro-supercapacitor” 为题，发表于纳米科学技术领域重要期刊 Nano Energy 上，博士研究生宋宇为论文第一作者，张海霞教授为通讯作者。 该一体式自驱动传感贴片为上下结构，上部分由微型超级电容器作为储能器件，下部分为压阻式应力传感器作为功能器件，两者均采用多孔 CNT-PDMS 导电弹性体作为电极材料。其中，多孔 CNT-PDMS 弹性体通过“溶液 - 挥发”方式制备，并借助于糖粉诱导产生多孔结构，同时具有良好的机械鲁棒性与电学稳定性。对于功能器件，压阻传感器展现出了极高的灵敏度与稳定性，其力学性能与压阻性能之间具有一定的关联，并可以通过调控器件孔径、孔隙率、组成成分进一步优化其工作性能。对于能量存储器件，微型超级电容器采用叉指结构，借助于多孔导电弹性体比表面积大及电导性高等优势，展现出良好的循环稳定性与电化学性能，并在弯曲及按压状态下仍可以稳定工作。将压阻传感器与微型超级电容器组装得到一体式智能贴片，可以在用户认证与安全通讯等方面作为 3D touch 使用，并进一步封装成传感阵列，具有静态应力传感与动态轨迹识别的功能。因此，通过集成化一体式结构设计与通用工艺性能优化，这种自驱动智能贴片在智能能量系统与人机交互等领域具有巨大潜力。 相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。 文章链接： All-in-one piezoresistive-sensing patch integrated with micro-supercapacitor (Nano Energy, 2018, doi:10.1016/j.nanoen.2018.08.041) https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.08.041
个人分类: 科研心得|3499 次阅读|0 个评论
与王成王：我钦佩的王中林教授
热度 2 张海霞 2018-8-19 11:43
那天王中林老师在微信朋友圈转了一篇文章《与狼成狼，与猪成猪》，写的是在现实生活中周围人的影响，和什么样的人在一起，就会有什么样的人生。我跟了一句： 与王成王 ！这不是故意恭维王老师，是我的真心话，认识王老师这些年以来，从最开始的读他的文章、听报告，到追随王老师开创的新领域做科研，到现在有项目合作，对他是由衷的赞赏和钦佩。 首先是 他千里走单骑的开创精神 ！2006年他在Science上发表论文提出纳米发电机，2012年又发明了纳米摩擦发电机，十多年来孜孜不倦的探索和努力逐渐在国际学术界形成了纳米发电机这一新的研究领域，2018年7月23日，王中林教授因其在纳米发电机理论和技术方面的重大原创性贡献获得了 世界能源领域的“诺贝尔奖”--埃尼奖！ 这些年可以说王老师是著作等身、拿奖拿到手发软，其实王老师的学术之路并不平坦，甚至可以说是充满了艰辛和曲折，因为从2006年开始对他的质疑和反对的声音从来都没有停过，甚至是恶毒的攻击，可是王老师不放弃、不气馁，而是用科学的数据和一次又一次的突破回应和反击那些质疑的声音。他总是说：想解决问题，就必须要质疑已有的体系（概念、技术或者其他），提出自己的新概念和新方法，开始大家总是质疑、打压甚至嘲讽（国内外都一样）；但是你必须坚定地走下去，要有千里走单骑的精神，就是只有你一个人也要走下去，面对质疑和打击，你必须无比坚定地走下去！ 十多年来，正是王老师这种 千里走单骑的开创精神 带出了一个新的领域，因为随着他和他的团队的不断深入研究，不仅仅是证明了自己价值，更是挖掘出了更多的科学问题，渐渐就会有人认同和跟进，跟进的人多了就形成燎原之势，逐渐形成了一个新的研究领域发展起来，这样的蓬勃发展跟王老师身上另外的宝贵品质密不可分： 勤奋与助人为乐 ！ 当然这里不得不说的就是王老师的勤奋和努力，他总是说：“我要赶快努力，否则就落后了！”其实，王老师是我见过的最努力的人，几年前有一次去韩国开会，正好在候机室里遇到从美国飞过来在北京转机的王老师，只见他候机的时候还在一刻不停地修改论文，上了飞机以为他会坐在商务舱，没想到他坐在经济舱的后排，我说：王老师，您为什么不坐商务舱啊？！要知道那时候王老师已经是院士和世界科技大奖获得者了啊。 王老师说：我坐飞机从来不做商务舱，因为对我来说没用，我在飞机上一般都在写论文，坐商务舱不是浪费吗？！仔细回想一下，真是这样，王老师不止一次说过：某重要论文是在某一次飞行中完成的，某个重要问题是在飞机上想通的，那张代表性的图是在某次飞行中画的……难怪王老师每年的高水平论文这么多，原来他付出的心血和汗水真的是别人的若干倍啊！ 跟王老师认识这么多年以来，除了感觉他无比高涨的工作热情以外，更受感染的是他沉浸在科研发现之中的快乐和兴奋，说起科学问题两眼放光！王老师很愿意而且很善于把这种快乐和收获分享给每一个人，他的学术报告总是最受欢迎，而且永远有新内容，更难能可贵的是王老师总是乐意无私地帮助每一个身边的人，启发和激励大家在科研上快速成长。做为科研大师他具有“点石成金”的精准眼光，就拿我本人来说吧，每一次跟王老师交流都受到激励和启发，本来已经做不下去的工作马上就柳暗花明，而且觉得自己才思泉涌、好主意爆棚！这也难怪跟王老师一起学习和工作过的很多年青朋友都能够在科研工作突飞猛进，好论文层出不穷，成长特别快！就包括那些在会议上认识的研究生也是这样，跟王老师的交流总是能够给困惑中的他们带来信心和光明，这也就难怪每次学术会议上王老师身边总是围得水泄不通，更是合影的大明星！ 这就是我认识的王中林老师， 一个敢于千里走单骑开创新领域的学术大师，一个勤奋努力且乐于点石成金的学术导师 ！就像开头说的那样，在现实生活中，和什么样的人在一起就会有什么样的人生，在学术界也一样，我真的希望更多人能够跟王老师在一起，“ 与王成王 ”！ 王中林：坚持把 “ 冷门 ” 做 “ 热 ” 并爆出大奖 原创：蝌蚪五线谱 2018-08-16 12:26:29 祖国培养了我坚实的理论基础和不屈不挠的科学精神，才能使我实现作为炎黄子孙跻身世界科学前沿的理想。 2018 年 7 月 23 日，王中林因其在纳米发电机理论和技术方面的重大原创性贡献获得了世界能源领域的权威奖项 “ 埃尼奖 ” ，该奖一向被誉为是世界能源领域的 “ 诺贝尔奖 ” 。 王中林，中科院外籍院士和欧洲科学院院士，中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家和首任所长。 “ 埃尼奖 ” 自 2007 年创立以来，王中林是获奖的第一位华人科学家，也是在中国境内现职工作期间获此国际性奖项的第一人。 从雷达到物理 …… 王中林被誉为是 “ 纳米发电机之父 ” 。然而，很少有人知道他的求学和科研经历。 1961 年，王中林出生于陕西省的浦城县。这是一个拥有三千多年历史的县城，然而在 20 世纪 60 年代依然十分落后。 青年时代的王中林（图片 dy.163 ） 1977 年，国家恢复高考的消息传到浦城，使得王中林萌生了走出去的冲动。他深知自己数理化基础，又凭着毅力和汗水把相关知识认真温习了一番。 第二年夏天，王中林收到了西北电讯工程学院（现西安电子科技大学）的录取通知书。 王中林在西安电子科技大学（图片 www.cctv.com ） 起初王中林对录取物理师资班并不是十分满意，他当时报考的志愿是雷达工程和无线电等专业，觉得这些专业更时髦一些。可是，由于他物理考试成绩突出，就被分到了物理师资班（物理系的前身）。 “ 毕竟是一个不错的学校，学物理就学物理吧。 ” 自此，他的生活里，书本成为了最爱，与他朝夕相伴。 后来，物理成就了王中林的科学人生，如果当初不学物理可能在学术上走不了这么远，他也说物理是他的最佳选择，对此，十分感谢母校。 把 “ 负效应 ” 变成 “ 正能量 ” 王中林的研究工作，大多与纳米发电机有关。在十多年以前这些研究都属于 “ 冷门 ” 学科，世界上也没有几个人在做。 对于认准的事情，不管是 “ 冷门 ” 还是 “ 热门 ” ，王中林都会坚持下去。他坚信，搞科研不会是一帆风顺的，要善于把握科研中的机遇，才能做出重要的发明创造。 王中林涉足纳米发电机研究，就是他善于捕捉灵感的结果。 2005 年的一天，王中林与学生正在做纳米材料的测试实验，实验结果竟与假设差了 100 倍。为了验证，这个测试反复进行了一个夏天，然而，与假设值差距还是很大。这样意外的结果只能思考，是不是假设出了问题？与学生们一起进行各种分析和计算，最终确立了纳米发电机的研究方向。同时也让王中林确定了一个具有战略意义的研究课题。 纳米发电机在当时是一个十足的 “ 冷门 ” ，并没有太多人支持。王中林顶住压力，选择坚持自己！最终功夫不负有心人，他发明了纳米发电机，而且在国际上产生了巨大影响。 关于摩擦纳米发电机的选题思路，也是从 “ 错误 ” 中得到启发而确立的。 2011 年，他的学生在做纳米发电机测试的时候，意外地出现了 5V 的电压信号。这样的电压信号简直要比预想的数值高出一个数量级。 王中林在实验室（图片 elite.youth.cn/gnb/201701/t20170110_902 到底是误差所致，还是另有隐情？王中林没有简单地下结论，而是进行了认真的分析和排查。最后发现，是学生在做实验时封装不好引起的。这也许只是一个简单的 “ 错误 ” ，但王中林却想从中挖掘点什么。 经过研究后发现，既然器件发生滑动产生了较高的电压信号，那么是不是可以把摩擦利用起来呢？这就是开发摩擦纳米发电机的灵感所在。该发动机可以通过摩擦起电效应和静电感应效应，把微小的机械能转换为电能。 我们许多时候都会把摩擦看作一种 “ 负效应 ” ，如今的摩擦纳米发电机则把这种 “ 负效应 ” 变成了 “ 正能量 ” 。 生活中的微能源无处不在，从人们的走路到大街上的噪声，甚至我们自身的呼吸、心跳以及肌肉收缩，都可以利用摩擦纳米发电机进行发电，这样就可以为手机及其他微电子设备进行供电了。 祖国让我梦想成真科学无国界，但科学家是有祖国的。王中林从一个农村娃成长为一位举世瞩目的纳米科学家，他靠的是什么？ “ 植根于祖国的沃土，才使我梦想成真，成为一名在科学世界孜孜不倦、奋斗不息的跋涉者。 ” 王中林坚定地说。 1982 年，王中林考取了中美联合招收的物理研究生。他十分珍惜这来之不易的学习机会，作为实验室和图书馆的 “ 常客 ” ，更加努力充实和丰富自己的知识。 近年来，他在纳米材料等多方面取得了多项有国际影响力的原创性研究成果。他认为， “ 祖国培养了我坚实的理论基础和不屈不挠的品格，我在科学领域的成就才能有今天的枝繁叶茂。我终于实现了作为炎黄子孙跻身世界科学前沿的理想。 ” 王中林发起的纳米发电机国际会议 他心系祖国，始终不忘回报。 1992 年以来，担任了国内多所著名大学、研究所的客座教授、兼职教授，并致力于与国内科研单位和高校的学术合作与科技交流。 中国科学院北京纳米能源与系统研究所由王中林牵头并担任所长的，在纳米能源与纳米系统核心技术方面取得了令人瞩目的成绩，并推动了新型空气除尘净化、汽车尾气处理等多项技术的落地。 王中林院士及其科研团队学科发展图（图片 www.stdaily.com ） 在世界上，王中林是一个人气极高的科学家；在国人的眼里，他是一位热爱祖国的科学家；在女儿的心中，他是一个 “ 纳米爸爸 ” 。 ———————————————————— 参考文献 【 1 】科技日报 华凌 . 《喜讯！中科院外籍院士王中林获世界能源领域 “ 诺奖 ”— 埃尼奖》，光明网， 2018-07-25 。 【 2 】中华儿女报刊社 . 《王中林 -- 被金子绊倒的 “ 纳米首席 ” 》，中华儿女新闻网， 2017-01-10 。 作者：肖溪树
个人分类: 国际交流|17017 次阅读|2 个评论
纳米发电机进入中学考题
热度 1 张海霞 2017-7-4 14:03
纳米发电机进入中学考题 2017.7.4 高考结束，娃在家里收拾她高三的东西，忽然问我： 妈，你是不研究纳米发电机的？ 是的，你对这方面科研感兴趣？（心里暗喜，孩子开始考虑未来了） 那你是否认识王中林教授？你看，这是我们之前的语文考题！是说王中林老师发明的纳米发电机的，当时我就想问你来着，你总出差没问上，刚看见又想起来了。 啥？纳米发电机，考题？！没听懂啊！急急拿起来一看，竟然是一道语文阅读题： “华裔物理学家王中林和其博士生宋金会成功地在纳米尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。这一最新成果开启了纳米科学和技术的新篇章。 …… 王中林团队的科研成果表明，纳米发电机的发明势必是纳米科技界的重大科研里程碑，其应用前景不可估量。” 太棒了，真的是太棒了，真的没有想到纳米发电机的研究成果已经开始引起社会重视，甚至到了中学生的层面，而且是出现在语文试题之中（竟然不是物理考试，当然最后那个问题实在不敢恭维），可是，这影响力真的是已经远远超出专业范围！ 热烈地祝贺王中林老师！祝贺纳米发电机研究的同仁们！这里也想讲讲认识王老师以来的感触，我大约是在2009年前后认识王老师的，认识这么多年以来，王老师不仅让我们认识了什么是科研创新，每一次见面聊天都有新的启发和思路，更加重要的是让我看到了现实生活中的执着，想想他从若干年前开创了这一研究领域以来，迎接他的并不是鲜花和掌声，而是质疑和反对的声音始终萦绕在周围，可是他百折不回，在质疑声中继续前进、不断地挖掘和开展更有价值的研究，终于获得了全世界的认可，现在已经形成一个很大的研究领域，而且还在商业应用上获得了巨大成功。这心路历程，作为傍观者也是嘘嘘不已，问道他的秘笈，他总是说：在科研路上必须要有千里走单骑的决心！ 是呀，想解决问题，就要质疑已有的体系（概念、技术或者其他），提出自己的新概念和新方法，开始大家总是质疑、打压甚至嘲讽（国内外都一样）；但是你必须坚定地走下去，只有你一个人也要走下去，面对质疑和打击，你必须无比坚定地走下去，随着你不断地深入下去、不断地证明自己的创新价值的时候，渐渐就会有人认同和跟进，跟进的人多了就形成燎原之势，一个创新的领域也就逐渐成型了。而这时候往往已经过去好些几年，你千里走单骑的执着就变成了传奇！ 致敬王老师，致敬这种敢于千里走单骑、单枪匹马在荆棘丛林之中杀出一条血路的勇士精神！ 作为纳米发电机研究的一员，我也无限期待纳米发电机的研究能够如火如荼地发展下去，早日写进教科书，造福世界！
个人分类: 科研心得|2706 次阅读|1 个评论
王中林院士与纳米发电技术
热度 3 sciencepress 2015-12-2 09:37
今年9月，汤森路透集团发布2015年度“引文桂冠奖”获奖名单，中国科学院外籍院士、 中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家、 华裔科学家王中林榜上有名。 王中林在纳米能源领域做出了原创性重大贡献，从2006年开始，王中林团队先后发明了压电式纳米发电机，热式纳米发电机，混合型纳米发电机和摩擦纳米发电机等，并且逐步克服纳米技术输出电流小、电压高，难以直接给用电器有效充电的这种缺陷，逐步显示出了在产业当中应用的潜力。 本文从 王中林 先生在科学出版的 《 自驱动系统中的纳米发电机 》、《 压电电子学与压电光电子学 》 两种重要著作中摘选部分内容，简要介绍其相关学科内容。 王中林 美国佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家；中国科学院外籍院士,欧洲科学院院士；美国物理学会会士（fellow）, 美国科学促进会(AAAS)会士，美国材料研究学会会士，美国显微镜学会会士。荣获美国显微镜学会1999年巴顿奖章，佐治亚理工学院2000年、2005年杰出研究奖，2001年S. T. Li奖(美国)，2009年美国陶瓷学会Purdy奖，2011年美国材料研究学会奖章(MRS Medal)，2012年美国陶瓷学会爱德华·奥尔顿奖。 王中林 发明了纳米发电机并发展出其技术路线图。他关于自驱动纳米系统的研究激发了世界学术界和工业界对于微纳系统电源问题的广泛研究，这已成为能源研究与未来传感器网络研究中的特色学科。通过在新型的电子器件和光电子器件中引入压电势控制的电荷传输过程，他开创了压电电子学和压电光电子学学科并引领其发展，这在智能微机电系统或纳机电系统、纳米机器人、人与电子器件的交互界面以及传感器等方面具有重要的应用。 王中林著作被引情况 （来源于www.nanoscience.gatech.edu）。 截止2015年9月27日王中林著作已被引用超过85583次，论文被引用的 h 因子( h -index)是141。 自驱动系统中的 纳米发电机 “ 纳米发电机的发展过程是一个科学故事。 ——王中林 运行功率的量级 特定操作所需的能量紧密依赖于进行这一操作的尺度范围和具体应用。在全球范围内，需要太瓦量级的能量。而对于驱动一个小的器件来说，尽管运行这类器件所需要的总能量不大，但是也需要微瓦量级的能量。能量对于这类系统的运行来说是必需的，甚至是无价重要的。针对不同量级的能量问题必须开发不同的技术来解决世界能源问题。 纳米系统是多功能纳米器件的集成系统，具有感知、控制、通信和激励/响应等多种功能。系统的低功耗决定了可以从外界环境中收集能量来驱动这一纳米系统。对于那些独立、可持续工作、无需维护的植入式生物传感器、远程移动环境传感器、纳米机器人、微机电系统乃至便携式/可穿着个人电子器件来说，通常需要微瓦量级的功耗。 基于纳米技术的大量器件大概需要微瓦到毫瓦量级功率的电源才能运转 尽管所需功率小，电源都是必需的，不管成本怎样!虽然在很多情况下电池都是一个很好的选择，但从环境中收集能量可能可以完全替代电池或者延长电池的时间，从而使得器件可实现持续运转瓦量级的功耗。 我们于2006年首先提出了自驱动纳米技术，并且为自驱动系统研发了纳米发电机 这种纳米发电机利用压电氧化锌纳米线阵列把随机的机械能转化为电能。纳米发电机的发电机制依赖于在外部应变下纳米线上产生的压电势：纳米线的动态应变使得外部负载电路中的电子在压电电势的驱动作用下发生瞬时的流动。利用纳米线的优势在于它们可以被微弱的物理运动激发，并且激发频率可以从一赫兹到几千赫兹，这对于收集环境中的随机能量来说是非常理想的。通过把几千根纳米线的发电输出集成起来，一个轻微的应变可以产生1.2V的电压，这足以驱动一个发光二极管和一个小型液晶显示器。 纳米发电机的发明，被中国科学院和中国工程院院士评为2006年度世界十大科技进展之一；2008年，基于纤维的纳米发电机被英国 Physics World 评选为物理领域重大进展之一；英国 New Scientist 期刊把纳米发电机评为在未来十到三十年以后可以和手机的发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一；2009年，纳米压电电子学被MIT Technology Review 评选为十大创新技术之一；2010年，纳米发电机被 Discovery 杂志评为纳米技术领域的20项重大发明之一；2011年，纳米发电机被欧盟委员会评为六大未来新兴技术之一，将在下一个十年里受到资助。 压电电子学与 压电光电子学 “ 王中林院士和他的团队提出的纳米压电电子学和纳米压电光电子学是纳米电子学向实用方向迈进的一个突破口。预计通过压电电子学器件将机械激励信号集成到电子系统中将是未来人与CMOS接口技术的重要方面。 ——中国科学院半导体研究所 夏建白 我的研究组分别在2007年和2010引入创立了压电电子学和压电光电子学的基本概念。当具有非中心对称性的纤锌矿结构材料(如氧化锌、氮化镓和氮化铟等)受到外加应力时，由于晶体中离子的极化而在材料内产生压电电势(亦称压电势)。由于压电半导体材料同时具有压电和半导体特性，所以晶体中产生的压电势可显著影响界面/结区的载流子传输。压电电子学器件是利用压电势作为“门”电压调节/控制接触处或结区载流子传输过程的电子器件。压电光电子学器件则利用了压电势来控制载流子的产生、分离、传输和/或复合过程，从而提高诸如光电探测器、太阳能电池和发光二极管等光电器件的性能。压电电子学和压电光电子学器件提供的功能是对传统互补金属-氧化物-半导体(CMOS)技术的补充。压电电子学和压电光电子学器件与硅基技术的有效集成可望在人机接口、纳米机器人的传感和驱动、智能化与个人化的电子签名、智能微纳机电系统、纳米机器人和能源科学等领域提供独特的应用。 压电电子学、压电光电子学和纳米发电机研究应用的前景和展望。 这是今后在未来研究中非常重要的方向和领域。图中央： 压电、光激发和半导体性质三元耦合的示意图。 压电、光激发和半导体性质的三元耦合是研究和应用压电电子学（压电与半导体性质耦合）、压电光子学（压光电子学电与光激发性质耦合）、传统光电子学（半导体性质与光激发性质耦合）和压电（压电、半导体与光激发性质耦合）的基础。上述各种耦合的核心依赖于压电材料中受应变产生的压电势。这是研究和应用压电电子学、压电光子学、传统光电子学和压电光电子学的基础。 压电电子学已成为目前纳米科学和技术研究的前沿和热点，引起了国际学术界以至企业界的广泛关注。2009年，美国著名的《麻省理工学院技术综述》(MIT Technology Review )期刊把压电电子学评选为十大新兴科技之一。 “树”的概念总结了王中林研究组过去十余年致力于开创和发展的研究领域 包括-收集多种类型能量的纳米发电机和混合电池，自供能系统，压电电子学，压电光电子学，以及将来的压电光子学。这些新兴领域的根基是压电势和半导体物理，以纤锌矿结构材料作为基本的材料体系。所有上述领域都是以此根基为基础发展而来的。 本文由刘四旦摘编整理自 王中林 著《 自驱动系统中的纳米发电机 》、《 压电电子学与压电光电子学 》的两种重要著作。 《 自驱动系统中的纳米发电机 》（ISBN 978-7-03-034397-0）主题是介绍纳米发电机的基本原理。首先阐述了基本的材料生长；随后描述物理机制和基本理论；然后展示获得高输出功率的工程方法；最后，提出纳米发电机和其他能量收集技术的结合。书末，展示了自驱动系统的原型。 《 压电电子学与压电光电子学 》 （ISBN：978-7-03-035790-8） 介绍了压电电子学和压电光电子学的物理原理、基本理论以及基本器件单元的设计、制造、测试和应用。 用您的手指点亮科学! 欢迎转发分享朋友圈， 您的鼓励是我们前进的动力！ 点击文中 书名、作者、封面 可购买本书。
个人分类: 科学书摘|5171 次阅读|3 个评论
关于纳米发电机的两个思绪
热度 3 lvnaiji 2015-11-30 07:47
吕乃基 近日在央视新闻得知王中林院士在纳米发动机领域的重大进展。在网上查找后引发两个思绪。 其一，纳米发电机与热力学第二定律 王中林说：“这一发明可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统，它可以收集机械能，比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；震动能，比如声波和超声波产生的能量；流体能量，比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量，纳米发电机可以用作自驱动压力传感器，可以感应落下的水滴和降落的羽毛的轻微踏触。并将这些能量转化为电能提供给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需，从而让无纳米器件或纳米机器人实现能量自供。” 单个的纳米发电机虽然研发出来了，但其毕竟功率有限（10 -9 瓦）。投入使用，必须要有大量的纳米发电机共同工作，组成一个“发电机组”，把10 -9 瓦提高10亿倍到1瓦可以应用的量级。 摩擦电和静电是普遍的现象，存在于日常生活中，从走路到开车等等。由于很难被收集和利用，往往是被人们所忽略的一种能源形式。 纳米发电机可以说几乎把最微小以及最分散的“羽毛级”机械能收集起来转化为电能。如果更微小更分散的能量呢？能否收集无序的布朗运动的能量，以及最终，能否收集分子、原子热运动的能量？在纳米发电机和热力学第二定律之间横亘着什么样不可逾越的鸿沟？在宏观尺度，机械运动与热运动泾渭分明，在纳米及更小的尺度，机械运动与热运动是否可以“统一”，一如宇宙起源之初极高能级的情况下，四种相互作用的统一？ 纳米发电机的下一步，可以做什么，不可以做什么？ 其二，所谓“一条龙”的研究路线。 在网上还看到这样一段文字： 纳米发电机的发明和研发走出了一条从基础科学到工程设计再到工业技术“一条龙”的研究路线。王中林这种研究思维和实践在世界范围都是少见的。 博主在“ 殊途同归的科学知识和技术知识 ”和“ 实验手段技术化 ”中涉及到这一点，此处在纳米技术中再次看到类似情况。因而，“ 王中林这种研究思维和实践在世界范围 ”并非少见。 是否据此可以认为，实验手段技术化是微观世界科研的普遍规律？ 这样的判断只是基于归纳逻辑，背后是否有深层原因？ 如果确实存在这样的规律，为何只发生于微观世界？
个人分类: 科技|2680 次阅读|8 个评论
更多...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-5-19 05:34

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部