編者按：著名材料學家王中林的研究小組繼前年和去年開發(fā)出直流納米發(fā)電機之后，在納米發(fā)電領(lǐng)域再次取得突破性進展：通過在彈性纖維上生長氧化鋅納米線，他們成功地將纖維的低頻震動轉(zhuǎn)化為電能。 王中林是國家納米中心海外主任、美國佐治亞理工學院校董事教授。從2006年開始，王中林小組相繼發(fā)明了納米發(fā)電機、直流發(fā)電機。在2006年他首次提出了壓電電子學（Piezotronics）的概念和新研究領(lǐng)域。由于氧化鋅具有獨特的半導體和壓電性質(zhì)，彎曲的氧化鋅納米線能在其拉伸的一面產(chǎn)生正電勢，壓縮的一面產(chǎn)生負電勢。氧化鋅半導體和金屬電極之間的肖特基勢壘則能控制電荷的積累與釋放，從而實現(xiàn)機械能到電能的轉(zhuǎn)化，并有效釋放。 2007年初，基于壓電電子學原理，王中林研究小組用超聲波帶動納米線陣列運動，研制出能獨立從外界吸取機械能、并將之轉(zhuǎn)化為電能的納米發(fā)電機模型。在超聲波帶動下，這種納米發(fā)電機已能產(chǎn)生上百納安的電流。但是，在實際環(huán)境中，機械能主要以低頻震動形式存在，如空氣的流動、引擎的震動等。要讓納米發(fā)電機能廣泛應(yīng)用于各方面，一個關(guān)鍵的問題就是要降低納米發(fā)電機的響應(yīng)頻率，讓納米線陣列在幾個赫茲的低頻震動下也能將機械能轉(zhuǎn)化為電能。 為了實現(xiàn)這一目標，王中林教授和王旭東博士及秦勇博士組成研究小組。利用溶液化學方法，他們將氧化鋅納米線沿徑向均勻生長在纖維表面，然而用兩根纖維模擬了將低頻震動轉(zhuǎn)化為電能的這一過程。為了能實現(xiàn)電極與氧化鋅納米線之間的肖特基接觸，他們采用磁控濺射在一根纖維表面鍍了一層金膜作為電極，而另一根表面是未經(jīng)處理的氧化鋅納米線。當兩根纖維在外力作用下發(fā)生相對運動時，表面鍍有金膜的氧化鋅納米線像無數(shù)原子力顯微鏡探針一樣，同時撥動另外一根纖維上的氧化鋅納米線；所有這些氧化鋅納米線同時被彎曲、積累電荷，然后再將電荷釋放到鍍金的纖維上，實現(xiàn)了機械能到電能的轉(zhuǎn)換。 相對于之前的直流納米發(fā)電機，新成果實現(xiàn)了如下突破：首先，通過讓氧化鋅納米線在纖維之上生長，為實現(xiàn)柔軟，可折疊的電源系統(tǒng)（如發(fā)電衣）等打下了基礎(chǔ)；其次，基于纖維的納米發(fā)電機能在低頻震動下發(fā)電，這就使得步行、心跳等低頻機械能的轉(zhuǎn)化成為可能；再次，由于其合成方法簡單，條件溫和，這就大大擴展了基于氧化鋅納米線的納米發(fā)電機的應(yīng)用范圍。根據(jù)目前的實驗數(shù)據(jù)，他估計，如果能用這些纖維編織成布在極端優(yōu)化的條件下，每平方米這樣的布可能輸出大約20－80毫瓦的電能。 王中林說，目前這種由兩根纖維組成的納米發(fā)電機的輸出功率還很小，這主要是由于纖維的內(nèi)阻較大以及纖維之間接觸面積較小造成的。目前，他們正努力提高這種基于纖維的納米發(fā)電機的輸出能量。例如，通過在纖維上預先鍍一層導電材料然后生長氧化鋅納米線，可以明顯降低納米發(fā)電機的內(nèi)阻，進而可提高纖維基納米發(fā)電機的輸出電流；也可以通過增加纖維的數(shù)量來提高納米發(fā)電機的輸出能量。