[新聞] 納米機器實現自我供電(圖)

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新聞來源：《環球科學》：納米機器實現自我供電(圖)

2008年02月27日 10:56:04 　來源：環球科學



王中林教授是美國佐治亞理工學院納米結構表徵中心主任。1998年，他發明了世界上最小的、可以秤取單個病毒質量的「納米秤」。2000年，他又報道了納米帶結構的發現和合成。他曾在1999年榮獲美國
顯微鏡學會巴頓獎章。本文由王中林教授用英文寫作，發表於《科學美國人》。隨後，又親筆翻譯成中文。在翻譯過程中，他根據研究的最新進展，對原文進行了補充。

撰文 王中林（Zhong Lin Wang）

人類一直有一個夢想，就是讓設備自動從周圍環境中獲取能量。早在20世紀20年代，製造商就設計出了一種手錶，能夠利用胳膊擺動產生的機械能自動上緊發條。

為了給納米尺度（十億分之一米）的微小器件提供電能，我們開始設計體積更小的能量轉換器——納米發電機（nanogenerator）。隨著電源的不斷微型化，科學技術上許許多多的夢想將成為現實。也許在不久的將來，我們就能夠看到可植入人體、不間斷監視血糖變化的生物傳感器，能自動感應建築物（如橋樑）應力變化的檢測傳感器，和用於監測環境中各種毒素的探測器等等。所有這些儀器都可以從環境中自動獲取能量，而不需要電池供電。

在納米機器人、活體生物、醫學檢測技術、微電子機械係統（Micro- Electro-Mechanical Systems，縮寫為MEMS）、國土安全和便攜式個人電子產品等方面，能源都不可或缺。比如在軍事領域，某些高技術監視設備需要安置在不易接近並能夠很好隱藏的地方，這些地方常常處於多塵、潮濕、昏暗等極端條件下，或是在濃密的叢林裏，無法獲取足夠的太陽能。因此，我們必須尋找一種電源來驅動納米傳感器，但又不至於增加太多重量。這些微小的發電機一旦研製成功，應用前景將非常廣闊。

研究人員正通過不同的途徑，設計可在微小尺度上產生電能的裝置。周圍環境裏有各種各樣的能量供我們開發利用，例如隨機振動或運動動能（例如在靠近公路的地方）、溫度梯度勢能（例如在數米深的地下，溫度相對恆定）、生物化學能，以及超聲波，甚至聲波噪音等外部能源。

這些小尺度納米器件有一項關鍵優勢：能耗極低，僅有納瓦（十億分之一瓦）到微瓦量級（一百萬分之一瓦）。納米發電機能夠輸出這一量級的電能，可以用來驅動各種納米器件。人體可提供多種潛在能量：機械能、熱能、振動能、化學能（以葡萄糖的形式提供）和循環係統的液壓能。將這些能源轉變為電能，即使很少一部分，也足夠驅動多個納米器件了。