鉅大LARGE | 點擊量:1038次 | 2020年04月09日
顛覆太陽能電池 王中林的納米電池究竟是個啥?
首先要說明一個事,王中林跟王中磊和王中軍沒有關(guān)系。雖然王中林比華誼兄弟兩個人加在一塊兒還要帥,但華誼兄弟的名氣比王中林大的多,而王中林所做的事情,卻比華誼兄弟有意思也有意義的多。
當然要不了多長時間,王中林可能就要比王中磊和王中軍加在一塊兒都有名了,假如他能夠獲得諾貝爾獎的話。起碼現(xiàn)在,湯森路透已經(jīng)把他評為了今年諾貝爾物理獎的大熱門。
九月二十四日,湯森路透集團(THOMSONREUTERS)在美國費城公布了2015年度引文桂冠獎(CitationLaureates)獲獎名單。我國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所首席科學(xué)家,佐治亞理工學(xué)院終身校董事講席教授王中林院士成為物理學(xué)領(lǐng)域獲獎人之一。
眾所周知,湯森路透的引文桂冠獎一直被看作是諾貝爾獎的風(fēng)向標,這一獎項的獲得者,往往就是諾貝爾獎的大熱門,當然這是從數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果,并為考慮諾貝爾獎委員會各位委員們個人的喜好因素。
根據(jù)湯森路透的表述,王中林院士此次獲獎,是由于其在一維氧化物納米結(jié)構(gòu),尤其是氧化鋅(ZnO)納米帶和納米線的制備、表征和基本物理性能理解等方面做出的原創(chuàng)性重大貢獻,開創(chuàng)了ZnO納米材料在能源、電子、光電子以及生物等領(lǐng)域的全新應(yīng)用,由此奠定了其在ZnO納米材料領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊地位。
他不僅發(fā)明了納米發(fā)電機,研制出世界上首個自供電納米系統(tǒng),構(gòu)建了一種全新的、完全由環(huán)境能源支持的微納電子器件工作模式,并提出了相關(guān)的技術(shù)標準和技術(shù)發(fā)展路線圖。
自供電納米系統(tǒng)的發(fā)明,解決了制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的微電源問題,目前已經(jīng)發(fā)展為一個全新的研究領(lǐng)域。他還首次提出了壓電(光)電子學(xué)效應(yīng),對納米機器人、人-機界面、納米傳感器、醫(yī)學(xué)診斷及光伏技術(shù)的發(fā)展具有里程碑意義。
可以說是物聯(lián)網(wǎng)的大趨勢,讓王中林發(fā)明的納米電池有了用武之地,也讓湯森路透把他評為諾貝爾獎的熱門候選人。因為根據(jù)諾貝爾獎評選的傳統(tǒng),一種新的理論要得到證實,一種新的技術(shù)要得到應(yīng)用,才會給這種成果頒獎。
在技術(shù)領(lǐng)域,從過去幾年的獲獎成果就看的出來。巨磁阻的發(fā)明就因為硬盤的普及而獲獎,CCD的發(fā)明就因為數(shù)碼相機的普及而獲獎,藍光LED則因為改變了世界的照明方式而獲獎。
那么納米發(fā)電機是什么東西,是如何發(fā)揮用途。我們在2007年就曾經(jīng)寫過一篇文章介紹他的發(fā)明。當時我給他在佐治亞理工的郵箱發(fā)郵件,很快就收到了詳細的回復(fù),因為有些術(shù)語看不懂,后來又follow-up了一堆問題,他對此也是不厭其煩。
關(guān)于當時他的發(fā)明,我們還請納米技術(shù)的開創(chuàng)者,哈佛大學(xué)化學(xué)系教授CharlesM.Lieber作個評價,當時他就說,王教授的工作可以被看作是他真正的tourdeforce(代表作),這是對一個人非常高的評價。Lieber說,王教授已經(jīng)是利用納米器械進行動能-電能轉(zhuǎn)化的先行者,由于他最新的發(fā)明實現(xiàn)了直流和持續(xù)的輸出而顯得非常重要。
下面就是當時的那篇文章。還有一個有意思的細節(jié),當時我們曾經(jīng)寫《誰的魯能》的李其諺去發(fā)改委采訪,送給采訪對象這本雜志,看到這篇文章,采訪對象就對下屬說,這樣的技術(shù),你們怎么就沒看到?
顛覆電池
空氣或水的流動,引擎、空調(diào)的噪音,人的行走、呼吸、心跳或是血液流動,都有可能出現(xiàn)電能?——這在遙遠的未來,也許并非夢想
這并非天方夜譚:只要存在運動——不管是聲音的振動,還是血液的流動,甚至人的行走——在不久的將來,或許都能被轉(zhuǎn)化成電能。
2007年四月六日出版的美國《科學(xué)》(Science)雜志上,美國佐治亞理工學(xué)院教授、我國國家納米科學(xué)中心海外主任王中林,正式向外界展示了由超聲波驅(qū)動的直流納米發(fā)電機。
實際上,早在2006年四月十一日,一向?qū)π路椒?、新理論十分熱衷的《科學(xué)》雜志,就報道了王所在的小組,首次在納米(十億分之一米)尺度范圍內(nèi),將機械能轉(zhuǎn)換成電能的研究成果。
作為世界上最小的發(fā)電機,其研制的納米發(fā)電機巧妙地利用了氧化鋅納米線的半導(dǎo)體性能和壓電效應(yīng):
他們用導(dǎo)電的原子力顯微鏡探針針尖,去彎曲豎直的氧化鋅納米線,由于壓電效應(yīng),被彎曲的納米線表面上就會出現(xiàn)反極性的極化電荷;而由于氧化鋅本身具備半導(dǎo)體性質(zhì),所以這些的電荷會被累積儲存在納米線上。然后,再用導(dǎo)電的探針作為電極來這些接觸納米線,這套裝置就可以向外輸出電能。
據(jù)測算,這種納米發(fā)電機的發(fā)電效率可以達到17%-30%。要了解,現(xiàn)在最好的太陽能電池的實際發(fā)電效率也僅在20%上下。
然而,要繼續(xù)推進這項研究,一個無法回避的問題,就是如何擺脫對顯微鏡探針的依賴,即用其他方式讓納米線發(fā)生彎曲,從而出現(xiàn)電能。比如,假如能夠通過聲波、超聲波或水壓能來實現(xiàn)這一點,就意味著可以從周圍環(huán)境中獲得電能,從而出現(xiàn)一個強大的動力源。