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王中林小组最新成果：活体肌肉伸缩带动的纳米发电机

2009.2.12

　　继2006年研制出第一代纳米发电机，2007年发明超声波驱动的直流纳米发电机，2008年发明纤维纳米发电机和交流纳米发电机后，美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)王中林教授领导的研究小组再次开发出由肌肉活动所带动的纳米发电机，真正实现了只要能动就能发电。这一最新的成果在线发表在近期的《纳米快报》期刊网站上。

　　王中林教授，杨如森博士和秦勇博士等以他们2008年发明的交流纳米发电机为基础，演示了如何利用微小的手指敲动和大幅度的肢体运动等活体肌肉活动来产生电能这一过程。这种纳米发电机由平放在弹性高分子薄膜衬底上的氧化锌纳米线和两端的电极构成。由于衬底的厚度远大于氧化锌线的直径，因此弹性衬底的弯曲变形会导致氧化锌纳米线沿轴向被拉伸或被压缩。在压电效应的作用下，压电电场沿着氧化锌线轴向建立并在线的两端形成电势差。由于纳米线的一端存在肖特基势垒，氧化锌线的来回弯曲使得此压电电势差驱动电子在外电路中的往复流动，因此可以为外接器件提供交变电能。当交流纳米发电机工作时，氧化锌纳米线发挥着类似“电容”和“电荷泵”的作用，不断的将机械能转换为电能。在最新的这项研究中，将封装的交流纳米发电机固定在人的手指和仓鼠的背部。手指的轻微弯曲会弯曲弹性高分子薄膜，使之弯曲变形，从而拉伸或弯曲氧化锌纳米线，产生电能。剧烈跑动下的仓鼠背部也可以拉伸或弯曲氧化锌纳米线，从而实现机械能到电能的转变。将一个或几个交流纳米发电机固定在一个弹性马夹上，然后给仓鼠穿上这个马夹，仓鼠的跑动带动马夹的拉动，马夹的拉动又会拉伸氧化锌纳米线，进而将这种跑动能量转化为电能。实验结果表明，在仓鼠跑动下工作的纳米发电机可以产生高达几百毫伏的电压。

　　人们的周围环境中存在各种不同运动强度、不同运动频率的运动形式，一般的压电材料只能收集具有某些特定频率且强度较高的机械运动能量，传统的发电机要求机械运动的强度必须大到足以带动转子的转动，所以只能用来收集比如人的腿部运动等高强度的机械运动。而王中林教授研究组的系列研究成果表明以氧化锌纳米线为基础的纳米发电机可以用来有效地收集从低频到高频、从轻微运动到剧烈运动等各种不同形式的机械能，并且将其转化为电能。该研究开辟了利用人体运动进行活体体内发电的技术路线。

纳米发电机

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王中林小组最新成果：活体肌肉伸缩带动的纳米发电机

周锦帆