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美国华人科学家发明交流纳米发电机

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新华网华盛顿11月11日电 继2006年研制出第一代纳米发电机,2007年发明直流纳米发电机,2008年发明纤维纳米发电机后,美国佐治亚理工学院华人科学家王中林领导的研究小组再次取得新成果,开发出了由高分子薄膜封装的交流纳米发电机。

有关这一最新成果的论文发表在新一期的英国《自然·纳米技术》杂志网络版上。王中林11日接受新华社记者采访时说,交流纳米发电机是纳米电源研究领域的一个重大突破。在环境机械能的转换和输出方面,这一新型发电机提供了一种崭新的技术,并将纳米发电机朝实际应用方向推进了一大步。

王中林研究小组于2006年利用竖直结构氧化锌纳米线,发明了将机械能转化为电能的世界上最小的发电装置——直立式纳米发电机。在第一代直立式纳米发电机基础上,他们又分别于2007年和2008年相继发明了直流纳米发电机和纤维纳米发电机。

尽管这些直立式发电机取得了巨大成功并衍生出基于不同衬底的模型,但其进一步发展也面临障碍。其中一个挑战来自于驱动电极与氧化锌纳米线距离的精确控制,少量的误差都会造成发电机不能正常工作。另外,直立式发电机工作时自由端和驱动电极要不断接触和摩擦,这就可能造成纳米线和电极的磨损,进而影响纳米发电机的性能和寿命。

为解决这些问题,研究小组尝试使用封装的水平式氧化锌纳米线,最终成功发明了封装型交流纳米发电机,有效克服了直立式发电机的设计缺陷。在交流纳米发电机中,氧化锌纳米线被固定在弹性高分子衬底上,避免了电极与纳米线的摩擦,从而提高了发电机的稳定性和寿命。更重要的是,在这一新型发电机中,不用再对驱动电极与纳米线距离进行精确控制,这就降低了发电机的制造工艺难度和成本。另外,与纤维纳米发电机相比,交流纳米发电机还克服了不防水的弊病。

王中林介绍说,交流纳米发电机中单根氧化锌纳米线所输出的电压最高可达50毫伏。如不考虑基片能量损耗,就氧化锌纳米线而言,发电效率可达7%。如果把大量氧化锌纳米线集成在同一个衬底上,其输出功率可望大幅提高。交流纳米发电机还可以很容易地被封装在弹性材料中,这就大大地扩展了它的工作环境和应用范围。

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