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纳米薄膜催生发电奇想

纳米薄膜催生发电奇想
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  一阵微风,能烧热你家的电饭锅;一片安静的海,能点亮全中国的路灯。近日在北京召开的“纳米能源与纳米系统国际学术会议”上,中科院外籍院士王中林告诉科技日报记者,他的“纳米发电机”能够完美利用一切轻柔的能量,比如风和浪。

  “我们为什么要建大坝蓄水,让水带动发电机高速旋转呢?因为低频率的机械能难以转化。”王中林说,“而纳米薄膜能够利用10赫兹甚至是1赫兹以下的机械波。”

  王中林是中科院北京纳米能源与系统所所长,2015年他成为全球物理学领域论文被引用最多的人。他钻研十年的纳米发电技术,是纳米学界的热门话题。

  王中林研制的发电机核心是纳米薄膜,原理是:两张薄膜接触产生静电,轻轻一个外力分开它们,就有了电势差。“这个过程中,50%的机械能变成了电能。”王中林说。

  纳米薄膜如此敏感,压一下就有电,搓一下也有电,吹口气也能来电。王中林展示了一项应用:PM2.5高达1600多的汽车尾气,通入一个iPad包装盒大小的净化器,出来后PM2.5只有20——尾气吹拂下,纳米薄膜带了电,吸附了微颗粒。

  除了尾气净化器,王中林和同事正在研发“智能鞋”。记者看到了演示视频:原地踏步,运动鞋边镶的一排LED灯每次落地都会亮起来。鞋里放了纳米发电薄膜,能量来自落地的压力。

  “你只要走路,智能鞋就能给你的手机和随身电器供电。你只要摆臂,腋下的纳米薄膜也能摩擦发电。”王中林说,未来将有大量的移动设备和传感器走进生活,纳米薄膜很适合给它们随时随地充电。人呼吸的一起一伏,通过纳米发电机,就足够驱动心脏起搏器。

  王中林说,高效率的纳米薄膜由便宜的高分子塑料、铝和铜制成,结构简单,制作简便,所以可用于大规模发电。

  在一项实验中,王中林给房顶上种了“草”,全是纳米薄膜叶子,微风吹动“叶子”贴上又分开,发出的电够一个家庭使用。

  类似的,纳米叶片放在浮球中,水里一摇就能发电。浮球组幸运飞艇成的网络可以漂在海面、江面上,给整个城市供电。“我们通过实验和计算认为,一平方公里的普通海面完全覆盖浮球网络时,发电功率超过1兆瓦。”王中林说,这意味着1万平方公里的海面发电量与一个三峡电站相当,他称之为“蓝色能源”。

  海浪起伏所产生的势能,人类一直无法利用。有一些波浪发电实验设备,机械变形驱动发电机,但无法商用,因为波浪一小,发电机转不起来。王中林的纳米发电技术从原理上来说几乎是完美的波浪能量收集者。

  自英国科学家法拉第于1831年发现电磁感应原理以来,从风车到核电厂全都依靠法拉第发电机。除此以外的发电模式只有光伏电池和燃料电池,但两者在应用上都不尽如人意。王中林的纳米薄膜有望开辟新路。

  (原载于《科技日报》 2016-07-17 01版)