王中林教授是如何工作的

由:斯蒂芬妮克劳福德

纳米发电机看起来像微型电路板,只需简单挤压就能产生电流。查看更多电子部件图片。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院

自托马斯爱迪生开发了电动灯泡在美国,科学家们一直在寻找更好的方式来为它提供动力。这项研究导致了能源和电子这两个关键技术领域的重大发展。为了寻找更好的能源,大规模的可充电电力服务应运而生电池以及用于利用来自我们周围世界的可再生能源的设备,例如风力涡轮机和太阳能电池板。在电子产品中,开发人员不断地寻求更便宜但更强大的设备,这些设备使用比其前任技术更少的能量。

如果我们可以通过活力从电力产生电力,那么什么呢?想象一下,如果您可以通过将手指敲击音乐的节拍或穿着连帽衫的脉冲来保留您的iPod,或者用带有微小的嵌入式电路板的脉搏来保持款项。虽然它可能听起来像科幻小说,但纳米流行者正在将这种电源亚博的提现变为现实。

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纳米料是研究人员用来描述一种小型电子芯片的术语,这种芯片可以利用身体的机械运动,比如轻轻捏一下手指,来发电[来源:ACS]。该芯片具有蚀刻到柔性表面上的集成电路,类似于您的电路板上的部件电脑。随着“纳米”前缀所暗示,这些发电机是一块纳米技术,或者技术如此小的其尺寸由纳米(十亿分之一米)测量。因此,即使是今天最复杂和最强大的纳米液也足够小,以便在两个手指之间举行。

纳米发电机内部的关键部件是纳米线或类似的结构,由压电陶瓷材料。压电材料可以通过弯曲或压力产生电流。如上所述纳米线是如何工作的,数百个纳米线可以在小于人头发的宽度的空间中并排包装。在这种规模,并且随着纳米液组件的组合灵活性,即使是最轻微的运动也可以产生电流。

纳米发电机不仅体积小、反应灵敏,而且功能越来越强大。2011年3月,研究人员测量了五个堆叠在一起的纳米发电机的产量。这个小电池组产生的电流约为1微安,相当于3伏特的能量,大约相当于2节AA电池[来源:ACS]。

想近距离了解纳米发电机技术,以及纳米发电机的实际应用将如何影响我们的生活吗?让我们从纳米发电机背后的一些研究开始。

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纳米发电机背后的发展

王志林和他的同事佐治亚理工学院在过去的十年里在开发纳米发电机方面取得了重大飞跃。“width=
王志林和他的同事佐治亚理工学院在过去的十年里在开发纳米发电机方面取得了重大飞跃。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院

在《黑客帝国》(The Matrix)中,以计算机为基础的生命形式奴役了地球上的人类,并将他们的身体作为能量来源。人类是计算机的“有限生命”电池(电池可以充电,但不能无限期地充电),类似于我们在电视遥控器上使用AA电池。虽然《黑客帝国》是虚构的,但开发纳米发电机的研究人员发现,利用人体能量为电子设备提供动力是可行的。

Zhong Lin博士(Z.L.)王佐赫理工学院(佐治亚州科技)是纳米发生的领先研究员[资料来源:纳米]。十多年来,王和他的团队一直致力于生产令人难以置信的小产品电路可以产生电流。像佐治亚理工学院团队开发的纳米技术项目是如此微小,以至于研究人员必须使用显微镜才能看到他们正在研究的东西,以及能够创造和操纵微观电子元件并测量其输出的仪器[来源:伊利诺伊州文德兰花]。

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王博士的团队完全在实验室内开发了他们的纳米级。王和他的同事首先创造了所需的材料,然后制造,分析,措施和包装每个纳米电磁器原型。该接地研究组已成功供电发光二极管[领导[艾拉塞二极管和液晶显示器[液晶显示器]专门使用纳米级功率[来源:GeorgiaTech]。

在纳米液勘探期间,不同的组在纳米液中进行了不同的压电材料。研究人员在普林斯顿大学普林斯顿大学的迈克尔·麦格莱斯(Prashant Purohit)一直使用锆钛酸铅或PZT。虽然PZT非常脆,Mcapline和Purohit发现了如何塑造材料,所以它可以在不破坏的情况下延伸到百分之十(来源:伯杰]。1999年,王成为第一个使用氧化锌(ZnO)的研究人员,作为纳米液中使用的压电材料[来源:GeorgiaTech]。在2009年的一份出版物中,Wang的团队将他们在改进纳米发电机方面的持续成功归功于氧化锌的使用[来源:陆,et al。]。

我们知道压电材料是纳米发电机的关键部件。现在,让我们仔细看看它是如何发电的。

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在纳米中发生了什么发生的事情

这是一个用于生长ZnO纳米线的过程的微观观察。纳米线位于中间,从左边的铬电极向右边的金电极生长。“width=
这是一个用于生长ZnO纳米线的过程的微观观察。纳米线位于中间,从左边的铬电极向右边的金电极生长。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院

纳米电磁炉由一个组成集成电路,用由硅树脂和压电陶瓷制成的部件,蚀刻到柔性表面上,称为衬底。虽然基材的强度和其他性质在工程中是重要的,但是魔法在电路中发生。在表面上,使用肉眼,我们可以看到一系列线条和盒子,这些线条和盒子出现为平坦的二维图像。然而,柔性芯片的外层下方的微观外观揭示了完全不同的三维图像。

是在压电材料中产生的。如前所述,Wang的团队使用氧化锌来开发纳米线。每根纳米线的直径(线的宽度)在100到300纳米之间。每根纳米线的长度约为100微米;一微米=十万纳米。为了更好地理解这一点,请注意金属丝的长度(而不是宽度)大约相当于两根人类头发的宽度。

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在他们的纳米发电机中,Wang的团队将一组纳米线连接到衬底上,并在线的另一端放置一个硅酮电极。电极的表面呈锯齿形。当一个小施加物理压力对于纳米发电机,每根纳米线弯曲并产生电荷。电极捕获这些电荷,并将其通过纳米发电机电路的其余部分。整个纳米发电机可能有几个电极,从数百万根纳米线中获取能量[来源:Greenemeier亚博的提现科学日报]。

在自己的研究组中,Mcalpine和Purohit已经采取了不同的方法对纳米液,使用PZT创造纳米布尔斯。每个纳米孔约为10微米宽,厚度为250至500nm。它们首先在氧化镁表面上形成纳米杆,然后使用磷酸去除它们。然后,它们将纳米击固定到预拉伸的硅橡胶表面上,当放松时,使纳米杆扣缠绕而不会破裂。当纳米杆弯曲时,它们的运动产生电力而不使它们脱离表面[来源:伯杰]。

研究人员研究了从压电材料形成柔性电线的基本前提下,研究了各种发电机的方法。例如,王的实验室在每个连续的设计中改善了纳米线和电路。王报告称,在过去十年中,他被看到产出改善了超过10亿倍。

到目前为止,你已经看到了纳米发电机的内部工作原理。现在,让我们来看看纳米发电机在未来几年内可能在哪里发挥作用。

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纳米发电机的实际应用:医学及其他

在连帽衫或t恤等衣服中嵌入纳米发电机可能会给“摇滚之心”这句话带来新的含义。“width=
在连帽衫或t恤等衣服中嵌入纳米发电机可能会给“摇滚之心”这句话带来新的含义。
iStockphoto /思想库

医生需要可靠的技术来为植入病人体内的设备供电,以调节或监测病人的健康。亚博比赛开始了还能串关吗例如起搏器和持续血糖监测系统。植入设备有一个固有的挑战:它们可能会随着时间的推移而磨损或需要更换电池或者一个笨重的外部电源。

通过使用纳米机构,医生可以将新一代的这些设备植入,能够保持有力,并且持续很长时间,最小的身体入侵[来源:Medgadget]。这种装置将利用像心跳或肺部膨胀的非自愿运动的能量。简而言之,您可以使用您的身体保持活力的设备,有助于让您活着回报。此外,通过使用ZnO等无毒材料作为压电材料,有更好的机会植入纳米液而不损伤身体的情况[来源:Greenemeier]。

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那么纳米生剂的药物超出了什么?研究人员认为,纳米人很快就可以为你提供动力iPod.手机。因为纳米发电机非常小,它们可以很容易地嵌入t恤或帽衫的布料中,这样你的iPod就可以利用你的脉冲来为内部电池充电。Wang希望他的团队开发的纳米发电机成为这类产品的一部分,并在五年内上市[来源:福克斯新闻]。

使用纳米发电机的一个附带好处是它们对环境的潜在积极影响。纳米发电机使用一种可再生资源:来自身体运动的动能。它们是由比电池更环保的材料制成的,而且它们有潜力减少与电池生产和处理相关的废物。尽管如此,由于纳米发电机的体积和功率有限,这种影响还是很小的。时间会告诉我们,纳米发电机是否能够为笔记本电脑等大型设备提供动力。

纳米发电机可能不会取代电池,至少在不久的将来不会。对于那些不常接触的设备,比如闹钟,你仍然需要备用电池。你还需要确保一些设备即使在你不使用或触摸它们的时候也能继续闲置运行,比如你的智能手机。也许在未来,制造商会将纳米发电机与某种可充电电池系统配对,以创造一种可靠的能源,减少对环境的影响。

既然你有关于纳米流行者的事实,充电到下一页以获取更多伟大的信息。

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更大的链接

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  • 伯杰,迈克尔。“呼吸,纳米流动器会为你的起搏器供电。”纳米陶瓷。2011年2月18日。(2011年4月24日)http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=20192.php
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  • 亚博的提现《科学日报》。纳米发电机将机械能转化为电能,用于自我供电设备。亚博的提现科学日报有限责任公司2006年4月16日。(2011年4月24日)http://www.sci亚博的提现encedaily.com/releases/2006/04/060414011916.htm