王中林小組最新成果：活體肌肉伸縮帶動的納米發電機

　　繼2006年研制出第一代納米發電機，2007年發明超聲波驅動的直流納米發電機，2008年發明纖維納米發電機和交流納米發電機后，美國佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)王中林教授領導的研究小組再次開發出由肌肉活動所帶動的納米發電機，真正實現了只要能動就能發電。這一最新的成果在線發表在近期的《納米快報》期刊網站上。

　　王中林教授，楊如森博士和秦勇博士等以他們2008年發明的交流納米發電機為基礎，演示了如何利用微小的手指敲動和大幅度的肢體運動等活體肌肉活動來產生電能這一過程。這種納米發電機由平放在彈性高分子薄膜襯底上的氧化鋅納米線和兩端的電極構成。由于襯底的厚度遠大于氧化鋅線的直徑，因此彈性襯底的彎曲變形會導致氧化鋅納米線沿軸向被拉伸或被壓縮。在壓電效應的作用下，壓電電場沿著氧化鋅線軸向建立并在線的兩端形成電勢差。由于納米線的一端存在肖特基勢壘，氧化鋅線的來回彎曲使得此壓電電勢差驅動電子在外電路中的往復流動，因此可以為外接器件提供交變電能。當交流納米發電機工作時，氧化鋅納米線發揮著類似“電容”和“電荷泵”的作用，不斷的將機械能轉換為電能。在最新的這項研究中，將封裝的交流納米發電機固定在人的手指和倉鼠的背部。手指的輕微彎曲會彎曲彈性高分子薄膜，使之彎曲變形，從而拉伸或彎曲氧化鋅納米線，產生電能。劇烈跑動下的倉鼠背部也可以拉伸或彎曲氧化鋅納米線，從而實現機械能到電能的轉變。將一個或幾個交流納米發電機固定在一個彈性馬夾上，然后給倉鼠穿上這個馬夾，倉鼠的跑動帶動馬夾的拉動，馬夾的拉動又會拉伸氧化鋅納米線，進而將這種跑動能量轉化為電能。實驗結果表明，在倉鼠跑動下工作的納米發電機可以產生高達幾百毫伏的電壓。

　　人們的周圍環境中存在各種不同運動強度、不同運動頻率的運動形式，一般的壓電材料只能收集具有某些特定頻率且強度較高的機械運動能量，傳統的發電機要求機械運動的強度必須大到足以帶動轉子的轉動，所以只能用來收集比如人的腿部運動等高強度的機械運動。而王中林教授研究組的系列研究成果表明以氧化鋅納米線為基礎的納米發電機可以用來有效地收集從低頻到高頻、從輕微運動到劇烈運動等各種不同形式的機械能，并且將其轉化為電能。該研究開辟了利用人體運動進行活體體內發電的技術路線。