纳米发电机：革新能源技术，开启物联网与传感网络新时代

纳米发电机是人类能量获取方法和技术的重要创新突破。它开辟了纳米能源和自驱动传感的新研究领域。纳米发电机的出现，彻底打破了人们对“发电机”尺寸的认识极限，使能源系统小型化成为可能。是对人类能量获取方式的新认识和探索。

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纳米发电机不仅是一种新能源技术，也是物联网和传感器网络的新时代能源技术。纳米发电机的发明最初是为了实现自动驱动，利用环境的能量使电池可持续工作来驱动微电子设备。它将应用于物联网、人工智能、传感器网络、大数据、安全、医疗健康、环保以及众多可穿戴电子产品等领域有重要应用。

除此之外，使用摩擦纳米发电机网络“有可能从海浪中获取大量能量，以满足世界未来的能源需求。” “蓝色能源”这一独创理念的提出，或许可以解决传统电磁发电机数百年来无法解决的问题，从根本上为人类可持续发展获取大量能源。

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那么蓝色能源技术的原理是什么呢？蓝色能源的基本思路是利用密封的摩擦纳米发电机组组成发电机网络，将其铺展在海面和水下一定深度，吸收海洋能并通过摩擦纳米发电机将其转化为电能，各个单元的电能汇聚在一起，形成巨大的能量。

由于纳米发电机在低频时的工作效率远远超过传统电磁发电机，因此可以实现传统技术无法实现的功能。这是对一个世纪发电技术的颠覆。这给海洋能的开发利用带来了新的机遇和希望。 。

纳米发电机还有哪些其他潜在应用？其未来的发展前景如何？ 2020年北京地区广受关注的学术成果系列报告（新材料领域）演讲嘉宾王忠林院士莅临怀柔科学城，并对相关问题进行了精彩解答。我们来看看吧！

01.

您成功研制出世界上最小的发电机——纳米发电机，被誉为“纳米发电机之父”。您能介绍一下纳米发电机吗？其目前的应用领域以及潜在的应用价值？

王忠林院士：纳米发电机实际上是一种将机械能转化为电能的小型装置。它可以利用人类行走、跑步、机械振动、风、波浪等自然能源来发电。目前主要有两种类型：利用材料压电效应的压电纳米发电机和利用摩擦起电效应的摩擦纳米发电机。纳米发电机是一种新能源技术，是物联网和传感器网络的新时代能源技术，代表一个研究领域。

纳米发电机为新能源时代提供了解决方案。新时代的能源是设备数量多、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、高压电源等领域具有重要应用。例如，可以采集人体的生物力学能量，如跑步、行走、跳动、触摸等能量，可用于驱动智能穿戴设备、多功能传感、自驱动、连续测量等。人体脉搏和血压。它还可以用作植入式医疗设备来驱动起搏器。数千台纳米发电机连接成大规模网络，为实现低频、随机、大规模蓝色能量收集提供了新方法。它还可以作为新型高压电源，在MEMS、质谱仪、微等离子体、环境保护等领域有着重要的应用。纳米发电机的主要应用将为物联网、传感器网络、机器人和人工智能所需的分布式能源做出重要贡献，未来将有巨大的商机。

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您和您的团队在纳米材料科学的理论和应用研究方面取得了哪些研究成果？

王忠林院士：（1）我们基于经典电动力学第一原理建立了纳米发电机的整体理论框架。首次将非电场引起的极化效应引入麦克斯韦方程组，证明了位移电流是纳米发电机的理论根源，拓展了位移电流在能量领域的应用。

（2）从理论机理出发，阐释了摩擦起电这一古老物理现象的科学机理，成功解开了古希腊以来2600年未解之谜。提出了通用电子云重叠模型来揭示材料之间电荷转移的基本机制。提出了“王氏杂化层模型”来描述液固界面的电荷分布，并对传统的双电层模型进行了修正。

（3）智能触觉传感系统方面，实现了高柔性/可扩展的触觉传感器的开发，并行采集多个物理量，开发了可穿戴智能设备/智能机器人动作控制重要应用的智能触觉传感系统。

（4）在自驱动电子医疗器械及系统方面，针对临床重大疾病的诊断和治疗，成功研发出全球首个自行提供能量的全植入式共生心脏起搏器，使起搏器更加实用。研究朝着“一次植入，终生使用”的目标又迈进了一步。

（五）海洋蓝色能源方面，在海洋能采集装置及其网络性能优化、能源管理、海洋环境自驱动应用等方面取得重要成果。

（6）在空气净化和汽车尾气处理产业化方面，开发了高效自驱动空气净化装置（主要是摩擦电空气净化系统和摩擦电面罩），成立的产业化公司（中科纳清）运行良好，摩擦电面罩产品获得“北京市第八批新技术新产品认证”。开发出世界上第一个用于汽车尾气处理的摩擦电颗粒捕集器。

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您能告诉我们您下一步的研究计划吗？

王忠林院士：下一步，我们将继续在纳米发电机物理理论、摩擦起电机制、双电层理论等方面进行深入探索，进一步拓展纳米发电机在微纳能源、自驱动等方面的应用传感与系统、蓝色能源、新型高压电源等领域的重要实际应用，大力推动科技成果产业转化，真正实现纳米发电技术“遍地开花”的产业局面。

王忠林

研究方向：纳米材料科学理论与应用研究

由北京市科学技术协会主办的2020年北京市备受关注学术成果系列报告会（新材料领域）在怀柔科学城举行。旨在加强高水平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，推动科技与经济融合发展，为国家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46.9万人观看并积极讨论。

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