广受关注学术成果 | “纳米发电机之父”——王中林院士
纳米发电机，是人类获取能源途径和技术的一个重要革新性突破，它开启了纳米能源与自驱动传感这一全新的研究领域。纳米发电机的问世完全打破了人们对“发电机”尺寸的认识极限，使能源系统实现微型化成为可能，是人类对能源获取方式的新的认识和探索。
（图片源于网络）
纳米发电机不仅是一种新的能源技术，它还是面向物联网与传感网络的新时代的能源技术。纳米发电机的发明一开始其实是为了做自驱动，利用环境的能量使电池可持续地工作，以驱动微小型电子器件，将在物联网、人工智能、传感网络、大数据，以及安防、医疗健康、环保以及很多穿戴式电子产品领域具有重要应用。
除此之外，利用摩擦纳米发电机网络“有可能从海浪中获取大量能源以解决世界未来的能源需求” 。这一“蓝色能源”原创思想的提出有可能解决传统电磁发电机百年无法解决的难题，为人类从根本上获取可持续发展的大能源。
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那么蓝色能源技术的原理是什么呢？蓝色能源的基本思想是利用密闭封装的摩擦纳米发电机单元组成发电机网络，布撒于海面及水下一定深度，吸收海洋能量并由摩擦纳米发电机转化为电能，各单元的电能汇聚起来，形成巨大的能量。
由于纳米发电机在低频下具有远超传统电磁发电机的工作效率，它做到了传统技术无法实现的功能，是对百年来发电技术的颠覆，它带来了海洋能开发利用的全新机遇和希望。
纳米发电机还有哪些潜在的应用价值呢？它未来的发展前景如何?2020北京地区广受关注学术成果系列报告会（新材料领域）走进怀柔科学城专场的交流嘉宾王中林院士，对相关问题作出了精彩的回答，一起来看看吧!
01：您成功研制出世界上最小的发电机——纳米发电机，并被誉为是“纳米发电机之父“，能否介绍下纳米发电机？它目前的应用领域以及其潜在的应用价值？
王中林院士：纳米发电机其实是一种将机械能转化为电能的小型装置，它可以利用人的行走、跑步、机械振动、风、海浪等自然界的能量来产生电力。现在主要有两种，利用材料的压电效应的压电纳米发电机和摩擦起电效应的摩擦纳米发电机。纳米发电机是一种新的能源技术，也是面向物联网与传感网络的新时代的能源技术，代表着一个研究领域。
纳米发电机提供了一种新时代能源的解决方案，新时代能源是一种面向数目巨多、器件能耗低的分布式能源。纳米发电机在微纳能源、自驱动传感、蓝色能源、高压电源上具有重要应用。例如，它可以收集人体的生物机械能，像跑步、行走、拍打和触摸等运动的能量，用于驱动智能可穿戴设备、多功能传感，以及人体脉搏和血压的自驱动和连续测量，也可用作植入式医疗器件来驱动心脏起搏器。纳米发电机的成千上万个单元连成大规模网络，提供了一种实现低频、无规和随机的大尺度蓝色能源收集的新方法。它还可以用作新型高压电源，在MEMS、质谱仪、微等离子体、环境保护方面发挥重要应用。纳米发电机的主要应用将对物联网、传感网络、机器人和人工智能所需的分布式能源作出重要贡献，将在未来具有很大的商业机会。
02：在纳米材料科学的理论和应用研究上，您和团队有哪些研究成果？
王中林院士：(1)我们建立了基于经典电动力学第一性原理的纳米发电机整体理论框架。在麦克斯韦方程组中首次引入非电场引起的极化效应，证明位移电流是纳米发电机的理论根源，拓展了位移电流在能源领域的应用。(2)我们从理论机制入手，阐释了摩擦起电这一古老的物理现象的科学机制，成功解决了自古希腊以来2600年来的未解之谜。提出通用的电子云重叠模型，揭示材料间电荷转移的根本机理，提出了描述液固界面电荷分布的“王氏杂化层模型”，对传统的双电层模型进行了修正。
(3)在智能触觉传感系统方面，我们实现了高柔性/可延展性的触觉传感器的研制，多物理量的并行采集，以及发展了智能触觉传感系统在可穿戴智能设备/智能机器人动作控制方面的重要应用。
(4)在自驱动电子医疗器件与系统方面，面向临床重大疾病的诊断与治疗，我们成功研制国际上第一个生物自身提供能量的全植入共生型心脏起搏器，使起搏器的研究向“一次植入，终身使用”的目标又迈进了一步。
(5)在海洋蓝色能源上，在海洋能收集器件及其网络的性能优化、能量管理及海洋环境的自驱动应用等方面取得重要成果。
(6)在空气净化及汽车尾气处理等产业化方面，我们开发了高效的自驱动空气净化装置（主要为摩擦电空气净化系统与摩擦电口罩），所成立的产业化公司（中科纳清）运行良好，摩擦电口罩产品获得“北京市第八批新技术新产品认证”。研制出世界上首个摩擦电颗粒物捕集器，用于汽车尾气处理。
03：能否谈谈您下一步的研究计划？
王中林院士：下一步我们将继续在纳米发电机的物理学理论、摩擦起电机理及双电层理论等方面作深入的探索，进一步拓展纳米发电机在微纳能源、自驱动传感与系统、蓝色能源、新型高压电源等领域的重要的实际应用，大力推动科技成果的产业转化，真正实现纳米发电技术的“遍地开花”式产业态势。
王中林
研究方向：纳米材料科学的理论和应用研究
由北京市科学技术协会主办的2020北京地区广受关注学术成果系列报告会（新材料领域）走进怀柔科学城专场 ，旨在加强高关注度学术成果的深入交流，发挥北京科技交流主平台作用，复工达产，促进科技经济融合发展，为助力全国科技创新中心建设作出新贡献。
“科协频道”微博对报告会进行了全程直播，
共有46.9万人次观看并积极讨论。
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