對(duì)納米科技專家王中林來(lái)說(shuō)，2010年是興奮、突破也是充滿希望的一年。

    3月28日，英國(guó)《自然—納米技術(shù)》報(bào)道了他的研究小組的兩項(xiàng)研究新成果：具有高電壓輸出的納米發(fā)電機(jī)、首次實(shí)現(xiàn)基于納米線的自驅(qū)動(dòng)納米體系。

      4月16日，美國(guó)《科學(xué)》雜志新聞焦點(diǎn)欄目發(fā)表綜述文章，介紹將廢棄能量轉(zhuǎn)化為可用電能的納米發(fā)電機(jī)。文章說(shuō)：“將運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的這種微小設(shè)備不可能驅(qū)動(dòng)城市，但它們很快就足以能為手持電子設(shè)備和看不見(jiàn)的感應(yīng)器陣列充電?！?/p>

      納米發(fā)電機(jī)的理念是由王中林于2006年首先提出的，之后，美國(guó)《科學(xué)》雜志將納米發(fā)電機(jī)的研發(fā)作為一個(gè)嶄新領(lǐng)域推出。

      王中林是美國(guó)佐治亞理工學(xué)院校董事教授、杰出講座教授，中國(guó)科學(xué)院外籍院士。2006年，他提出：“提高納米發(fā)電機(jī)的輸出電壓和功率的最終目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)納米器件的自驅(qū)動(dòng)化，即不需要外接電源或電池?！?/p>

      王中林的研究小組研制出世界上第一臺(tái)納米發(fā)電機(jī)。如今，他說(shuō)，納米發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展“已經(jīng)到了一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻……我相信，按這種勢(shì)頭發(fā)展下去，在不久的將來(lái)，納米發(fā)電機(jī)就會(huì)影響到人們的日常生活”。

      在這篇題為《納米發(fā)電機(jī)：用廢棄能量驅(qū)動(dòng)超小電器》的文章中，美國(guó)《科學(xué)》雜志介紹了在納米發(fā)電機(jī)領(lǐng)域取得最新突破的3位科學(xué)家：

      普林斯頓大學(xué)的化學(xué)家麥邁克·卡爾平，他的研究小組研制出可嵌入硅膠中的柔性壓力材料（PZT）納米絲帶發(fā)電機(jī)，如果嵌入衣服之中，這種微型發(fā)電機(jī)能將身體行動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為手機(jī)電能；

      佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家王中林，他的研究小組發(fā)明的氧化鋅納米發(fā)電機(jī)可輸出迄今為止最高的電壓——2.4伏特，而標(biāo)準(zhǔn)AA電流的輸出電壓是1.5伏特，并且實(shí)現(xiàn)基于全納米線的自驅(qū)動(dòng)納米體系；

      加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程師林立偉領(lǐng)導(dǎo)的小組，他們研制出一種具有壓力感覺(jué)發(fā)電特征的長(zhǎng)納米纖維，如織入衣服，也可將運(yùn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，為手機(jī)充電。

      卡爾平在文章中稱贊王中林是提出幾個(gè)納米發(fā)電機(jī)概念的先鋒。他認(rèn)為，王中林小組研制的高輸出電壓納米發(fā)電機(jī)是一項(xiàng)很棒的工作。

      最近20年，納米科學(xué)界對(duì)納米材料合成的應(yīng)用研究方興未艾，特別是納米器件研究。納米器件具有功耗小、反應(yīng)靈敏等宏觀器件所不具有的優(yōu)勢(shì)。從2000年開(kāi)始，王中林意識(shí)到氧化鋅納米材料獨(dú)特的半導(dǎo)體、光學(xué)和生物特性，先后合成出氧化鋅納米帶、納米環(huán)和納米螺旋。但這些研究主要集中在納米器件本身，如何解決納米器件的充電電源是一個(gè)新問(wèn)題。

      壓力材料一般是指由鋯鈦酸鉛組成的一種薄膜。早在1880年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，將電壓作用在這種壓力材料上，會(huì)讓其產(chǎn)生應(yīng)變；也就是說(shuō)，壓力材料能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

      2006年初，在美國(guó)《科學(xué)》雜志的論文中，王中林提出了通過(guò)由壓電材料合成的納米線將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并首次提出了納米發(fā)電機(jī)的原理。

      隨后，他把壓電所產(chǎn)生的電場(chǎng)應(yīng)用于控制半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)過(guò)程，因此提出了壓電電子學(xué)（Piezotronics）的新概念。

     “納米發(fā)電機(jī)和壓電電子學(xué)是這個(gè)領(lǐng)域十多年來(lái)最讓我激動(dòng)的發(fā)明，一定會(huì)引起整個(gè)納米學(xué)界對(duì)納米電源研究的巨大熱潮?！蓖踔辛之?dāng)時(shí)說(shuō)，“這一發(fā)明可以整合納米器件，實(shí)現(xiàn)真正意義上的納米系統(tǒng)，它可以收集機(jī)械能，比如人體的運(yùn)動(dòng)、肌肉的收縮、血液的流動(dòng)；震動(dòng)能，比如聲波、超聲波；甚至流體能量，比如體液的流動(dòng)、血液的流動(dòng)、動(dòng)脈的收縮等，并將這些能量轉(zhuǎn)化為電能提供給納米器件，最終實(shí)現(xiàn)自供能量的納米器件。”

      第一臺(tái)納米發(fā)電機(jī)在原子力顯微鏡的幫助下將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，但要實(shí)現(xiàn)從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到實(shí)際應(yīng)用的飛躍，最重要的一步是擺脫對(duì)原子力顯微鏡的限制，讓納米線能“獨(dú)立”吸收外界環(huán)境中的機(jī)械能，并實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化和釋放。2007年4月，王中林小組在美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們開(kāi)發(fā)出不依賴于原子力的顯微鏡，以及能連續(xù)不斷輸出直流電的納米發(fā)電機(jī)——由超聲波驅(qū)動(dòng)的便攜式直流納米發(fā)電機(jī)。

      2008年2月，王中林的研究小組再次取得突破性進(jìn)展：通過(guò)在彈性纖維上生長(zhǎng)氧化鋅納米線，他們成功地將纖維的低頻震動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能。

      2009年1月，他們?cè)凇蹲匀弧{米技術(shù)》期刊上報(bào)告，已開(kāi)發(fā)出由高分子薄膜封裝的交流納米發(fā)電機(jī)。

      高電壓輸出的納米發(fā)電機(jī)和自驅(qū)動(dòng)納米器件是王中林小組的最新成果?！蹲匀弧{米技術(shù)》期刊的審稿人評(píng)價(jià)說(shuō)：“該研究小組一直致力于研究基于氧化鋅納米線的新納米能源先驅(qū)，論文中報(bào)告的工作不僅是納米發(fā)電機(jī)性能上的一個(gè)大突破，而且為納米新能源的設(shè)計(jì)、裝配和提高使用壽命等提供了新方法和新思路……該工作是納米科技創(chuàng)新的典范，將在未來(lái)實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)的化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)傳感探測(cè)器等無(wú)線遙控的納米器件中發(fā)揮重要作用?！?/p>

      展望未來(lái)，美國(guó)《科學(xué)》雜志的文章說(shuō)，今天，人們對(duì)能源最絕望的想法是產(chǎn)生無(wú)碳的萬(wàn)億瓦特級(jí)電能，而不是微瓦級(jí)或納米瓦級(jí)電能，但如果其中一種納米發(fā)電機(jī)研制成功，它們能大規(guī)模生產(chǎn)電能嗎？“三位專家均表示目前這一目標(biāo)不太可能實(shí)現(xiàn)，他們的工作是在小尺度范圍內(nèi)進(jìn)行的，然而，這也足以影響人們的日常生活，特別是攜帶式和可移動(dòng)型小型電器。”