中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：試想一下，你只需簡(jiǎn)單地在辦公室走一圈，或者用手掌揉搓一下手機(jī)，即可給它充電，而無(wú)需將其插進(jìn)充電器，你就是電源！
這是在第247屆美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)（ACS）全國(guó)會(huì)議暨博覽會(huì)上，由美國(guó)佐治亞理工學(xué)院華裔納米材料科學(xué)家、中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，以獨(dú)特的綠色能源視角呈現(xiàn)的研究成果報(bào)告。日前，王中林教授在北京接受了科技日?qǐng)?bào)記者的專訪。
開(kāi)辟能源轉(zhuǎn)化及應(yīng)用新范疇
一百年以來(lái)，煤、天然氣和核能電廠全部采用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電磁感應(yīng)發(fā)電機(jī)，這一直是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的唯一途徑。而常規(guī)能源的使用需要大量分散的、昂貴的發(fā)電廠和電網(wǎng)來(lái)四處分配電力，在輸送的過(guò)程中會(huì)損失掉大量能源。
鑒于這種情況，2006年，王中林教授在佐治亞理工學(xué)院帶領(lǐng)研究小組開(kāi)始著手改變我們對(duì)待機(jī)械能的方式。他們研制出的納米發(fā)電機(jī)，被美國(guó)《新科學(xué)家》雜志評(píng)為與手機(jī)同等重要的發(fā)明，認(rèn)為其將是影響未來(lái)10到30年的十大重要技術(shù)之一，開(kāi)辟了能源轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的新范疇。
隨后，他的研究小組致力研究一種稱為壓電效應(yīng)即電力來(lái)源于壓力的能量現(xiàn)象，發(fā)明微型的摩擦生電納米發(fā)電機(jī)（TENG）。令他們吃驚的是，在研究中它所產(chǎn)生的電力高于預(yù)期。在調(diào)查導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)是由于設(shè)備上兩種聚合物表面摩擦在一起，產(chǎn)生了所謂的摩擦作用，也就是基本上大多數(shù)人所知道的靜電。
他介紹說(shuō)，對(duì)于無(wú)線、便攜或植入式電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，從我們的生活環(huán)境捕獲能量是一種可持續(xù)、免維護(hù)、獲得綠色電源的有效方法。
摩擦納米發(fā)電機(jī)如何發(fā)電
王中林解釋說(shuō)，近期發(fā)明的這種摩擦生電納米發(fā)電機(jī)是基于摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。在內(nèi)部的發(fā)電單元，由于兩層薄膜間表現(xiàn)出相反的摩擦電極性電荷轉(zhuǎn)移，造成一個(gè)電勢(shì)差；在外部負(fù)載時(shí)，電子被驅(qū)動(dòng)在附著于薄膜背側(cè)的兩個(gè)電極之間流動(dòng)，以平衡電位差。
TENG有三種基本的操作模式：垂直接觸-分離模式、平面滑動(dòng)模式和單電極模式。自從2012年1月第一份的TENG報(bào)告中，其輸出功率密度在12個(gè)月內(nèi)提高了5個(gè)數(shù)量級(jí)。該區(qū)域的功率密度達(dá)到313W/m2，體積密度達(dá)到490kW/m3，并被證明轉(zhuǎn)換效率為50％。
將該研究商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵是輸出上的巨大飛躍和未來(lái)在化學(xué)上的改進(jìn)。王中林解釋道：“能夠產(chǎn)生大量電荷的輸出取決于摩擦表面的性質(zhì)。在聚合物薄膜的表面上采用納米材料的圖案增加了片材的接觸面積，產(chǎn)生的電力可以有上千倍的差異?！?
未來(lái)商業(yè)前景無(wú)法估量
TENG可應(yīng)用于收獲各種可用的機(jī)械能，而且是通常在我們?nèi)粘Ｉ钪欣速M(fèi)掉的，比如人體運(yùn)動(dòng)、風(fēng)震、旋轉(zhuǎn)的輪胎、流水等等。也可將其用作一個(gè)自供電傳感器，使用其電壓和電流輸出信號(hào)主動(dòng)檢測(cè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的過(guò)程引起的機(jī)械攪拌，對(duì)于觸摸板和智能皮膚技術(shù)具有潛在應(yīng)用。它的輸出性能可以通過(guò)許多方法增強(qiáng)，包括合理地選擇材料、改良物理表面形貌或化學(xué)功能化納米結(jié)構(gòu)。
目前，在大量改進(jìn)的基礎(chǔ)上，王中林的研究小組正致力于將其商業(yè)化，采用TENG給手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備充電。
未來(lái)，這些納米發(fā)電機(jī)可以在更大規(guī)模上帶來(lái)深遠(yuǎn)影響，商業(yè)前景更是無(wú)法估量。研究人員可以利用這一技術(shù)挖掘海浪、雨滴、我們周圍風(fēng)的無(wú)盡能量，用小的發(fā)電機(jī)，而不是高聳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以幫助滿足全世界不斷增長(zhǎng)的能源需求。
無(wú)疑，它不僅可作為自我供電的便攜式電子產(chǎn)品，同時(shí)也為我們?cè)诓痪玫膶?lái)提供了一個(gè)新的技術(shù)以解決世界能源危機(jī)這個(gè)重大問(wèn)題。
