纳米发电机
- 纳米发电机，是基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机，是在纳米范围内将机械能转化成电能，是世界上最小的发电机。纳米发电机可以分为3类。一类是压电纳米发电机，压电纳米发电机是利用特殊纳米材料（氧化锌） 的压电性能与半导体性能，把弯曲和压缩的机械能转变为电能的微型发电机。还有一类是摩擦纳米发电机，摩擦发电机利用了两种对电子束缚能力不同的材料，相互接触时得失电子而在外电路产生电流的微型电机。主要有四种模式，垂直接触分离，平面滑动式，单电极式，独立层式。第三类为热释电纳米发电机。
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一、压电纳米发电机原理
氧化锌具有半导体和压电的双效应，其中肖特基势垒保证了氧化锌的可以向外输出单向电流的能力，因为半导体与金属接触时，氧化锌的电子逸出功小于铂电极，电子从氧化锌流入探针（铂电极），氧化锌显示正电，形成了类似于PN结的形式，当外界电场方向从铂电极到氧化锌，内部电子可以流动，输出电流。
氧化锌线弯曲时会产生两侧的电势，由于氧离子与锌离子相对移动，导致在压缩的地方显示负电，在拉伸的地方显示正电，铂探针可以看作零电势。只有探针放在压缩的一侧时，产生的电势差显示正电，相当于PN被导通，在外电路产生电流。反之，相当于PN结的反向饱和电流，电流较小，不能产生电压输出。
二、摩擦纳米发电机 原理
采用了尼龙与聚四氟乙烯，两者接触时聚四氟乙烯得到电子，当滑移产生时，两者离开接触面的部分需要保持电中性，电子从聚四氟乙烯流向尼龙，这样在外电路产生了向下的电流；当两者相互接触时，已经接触的面保持电中性，之前流动的电子需要流回才能保持电中性，这样在外电路实现了向上的电流。
纳米发电机的发明，被中国两院院士评为2006年度世界科学十大科技进展之一；2008年，被英国《物理世界》评选为世界科技重大进展之一；2009年，《MITTechnologyReview》评选为十大创新技术之一;《ScienceWatch》在有关能源和燃料的一刊中重点报道了王教授发明纳米发电机的过程和重大意义；英国《新科学家》期刊把纳米发电机评为在未来十到三十年以后可以和手机的发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一 。
一、压电纳米发电机原理
氧化锌具有半导体和压电的双效应，其中肖特基势垒保证了氧化锌的可以向外输出单向电流的能力，因为半导体与金属接触时，氧化锌的电子逸出功小于铂电极，电子从氧化锌流入探针(铂电极)，氧化锌显示正电，形成了类似于PN结的形式，当外界电场方向从铂电极到氧化锌，内部电子可以流动，输出电流。
氧化锌线弯曲时会产生两侧的电势，由于氧离子与锌离子相对移动，导致在压缩的地方显示负电，在拉伸的地方显示正电，铂探针可以看作零电势。只有探针放在压缩的一侧时，产生的电势差显示正电，相当于PN被导通，在外电路产生电流。反之，相当于PN结的反向饱和电流，电流较小，不能产生电压输出。
二、摩擦纳米发电机 原理
采用了尼龙与聚四氟乙烯，两者接触时聚四氟乙烯得到电子，当滑移产生时，两者离开接触面的部分需要保持电中性，电子从聚四氟乙烯流向尼龙，这样在外电路产生了向下的电流;当两者相互接触时，已经接触的面保持电中性，之前流动的电子需要流回才能保持电中性，这样在外电路实现了向上的电流。
甲方有义务提供三通一平，水通、电通、路通及场地平整。甲方没有提供电源，施工中使用发电机，可按签证计取台班费用，此时也应扣减定额含量中的用电消耗量对应的电费。
一、把每台发电机上安装的电压互感器二次侧电压引到整步表上，能过转换开关实现对并机条件的监视，就能并上了。二、并机条件：1、电压相等；2、频率相同；3、相位相同；满足以上三个条件就能实现并机。三、发电机...
1、一般单相异步电动机可以改成发电机,只需在两个绕组间接两个电容即可，2、电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中...
对于压电发电机 ，前景是超声波发电机和弯曲的柔性发电机。
超声波发电机分为三层，第一层为涂有铂的螺旋形硅电极，中间是氧化锌的纳米线，底部是导电性好的电极。通过超声波对表面的振动，使得氧化锌发生弯曲，锯齿状的铂电极会接触氧化锌的一侧，这样就会有电流产生出来。
柔性发电机，发电机采用柔性的PDMS材料，在水平面上涂抹生长平行密集的氧化锌纳米线，在纳米线两极涂有金的电极，向外输出电压。通过弯曲基板，可以使纳米线产生弯曲，一段产生正电一段负电，相当于将竖直面的弯曲引入到水平面上。
美国《科学》报道，美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林等成功地在纳米尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。正在北京的王中林在接受《科学时报》采访时说，“这是我在这个研究领域10多年最让我激动的发明。”他认为这是国际纳米领域的最让人激动的重大发现，它一定会引起整个纳米学界对纳米电源方面研究的巨大热潮。
作为佐治亚理工学院校董事讲座教授和工学院杰出讲座教授，王中林同时也是北京大学工学院先进材料和纳米技术系系主任、中国国家纳米科学中心海外主任，这项工作是他和博士生宋金会共同完成的。
王中林认识到氧化锌独特的半导体、光学和生物学性能，具有其它纳米材料不可替代的作用，因此，他的研究小组一直致力于以氧化锌为基础的纳米材料的合成和应用研究。2001年，他们在《科学》杂志上报告首次合成氧化锌半导体材料带，这篇论文已被引用1100多次。之后，他们又研制出纳米环、纳米螺旋等器件。
王中林相信纳米发电机无论在生物医学、军事、无线通信和无线传感方面都将有广泛的重要应用。他说：“这一发明可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统，它可以收集机械能，比如人体运动、肌肉收缩等所产生的能量；震动能，比如声波和超声波产生的能量；流体能量，比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量，并将这些能量转化为电能提供给纳米器件。这一纳米发电机所产生的电能足够供给纳米器件或系统所需，从而让无纳米器件或纳米机器人实现能量自供。”
鞋内装上一个"纳米发电机"，人们一边走路一边便可给手机或者MP3播放器充电。在不久的将来，这将有望成为现实。
王中林还表示，单个的纳米发电机虽然研发出来了，但其毕竟功率有限。未来真正投入使用的话，必须要有大量的纳米发电机共同工作，组成一个"发电机组"。因此，课题组下一步的工作便是要想办法研发出多个纳米发电机联合发电的装置。
科学家发明交流纳米发电机
科学家发明交流纳米发电机
科学家发明交流纳米发电机
纳米发电机如何改变世界
纳米发电机如何改变世界
纳米发电机如何改变世界 ? 在第二届全球硬科技大会上，刚刚获得能源领域 “诺贝尔奖 ”的中国科学院 外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王中林，分享了他研 究的新时代能源 ——纳米发电机。 ? ? ? ? 什幺是新时代能源？ ? ? ? 王中林院士称，未来的能源是发散式、分布式、移动式、不确定数目居多 的能源的集成，这就是新时代能源。 “我们的能源不再是煤炭等聚集性能源， 而是无序的发散性的小能源。例如手机。 ”如何去解决新时代的能源问题，是 王中林院士 20年来的主要研究方向。 ? ? ? 王中林院士还介绍了纳米发电机与普通发电机的区别。 ? ? ? 首先，普通发电机需要达到一定的转速才能产生电压，而纳米发电机依靠 两种材料接触所起的静电驱动电子的流动而产生电力。 其次，通常人们所说 的电流是传导电流，而纳米发电机是通过位移产生电流。例如，将纳米发电
据造价信息网了解，中国科学院日前披露，国家“顶尖千人计划”入选者、中国科学院外籍院士王中林领导的团队研制出水能摩擦纳米发电机，组网利用后或可实现每平方公里海面产生兆瓦级电能。海洋发电产生的能源或将超越水电等“绿色能源”。
据中国科学院纳米能源与系统研究所介绍，如果将这些水能摩擦纳米发电机结成网状放置到海洋中，将会使海水无规则的运动转变为源源不断的电能。据实验测算，每平方公里的海面将可以产生兆瓦级的电能输出。
王中林院士说，我国海域辽阔，海水流动昼夜不停，这为摩擦纳米发电机提供了稳定的工作环境。依托海洋，这种“蓝色能源”或将超越“绿色能源”，具有广阔市场前景。
王中林团队利用固液界面的摩擦起电现象研制的水能摩擦纳米发电机，可用于对河流、雨滴、海浪的动能收集。通过4种基本模式的组合应用，这种发电机可以高效地回收海洋中的动能资源，包括水的上下浮动、海浪、海流、海水的拍打。他说，水能摩擦纳米发电机首次实现固液界面摩擦发电。以前，一般认为只有在干燥条件下才能摩擦起电，该技术也实现了对水滴和波浪动能的同时收集。
王中林认为，利用海洋能源是当今世界能源研究的前沿方向，但由于海洋波浪能开发成本高、规模小、经济效益差，始终束缚着其大规模商业化开发利用和发展。摩擦纳米发电机通过摩擦起电和静电感应的耦合将机械能转换为电能的工作方式，与现有的各种发电技术不同，使海浪能的收集成为可能。
无论是手机还是笔记本电脑，这些便携式电子设备都已成为人们生活的必备工具。这些物品的快速发展，得益于可再生和环保的电池为这些设备供电。随着运动手环等更加轻巧的可穿戴设备的风靡，为它们持续提供高效、清洁和可持续的电能是亟需解决的难题。
近日，浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所朱智源博士研究小组，研发了一种新型的X型高效摩擦纳米发电机，具有结构简单、体积小、成本低、以及可收集人体运动能等诸多特点。这项研究发表在著名期刊《Nano Energy》上。
论文第一作者为浙江大学海洋学院2017级船舶与海洋工程专业硕士研究生夏克泉，通讯作者为青年教师朱智源博士，共同作者包括2014级海洋工程与技术专业本科生杜超林与2014级船舶与海洋工程专业本科生王容基。
用笔画出一个发电机
在该研究工作中，研究人员提出了一种新颖的纸基摩擦纳米发电机（XP-TENG），并可通过商业画笔将签字笔油墨勾勒在纸上形成电极。
先取两张尺寸为3cm×9cm的纸片，在纸片的一侧切割出两条平行的缝隙用以嵌合器件。接着用画笔将签字笔墨均匀的涂抹在纸片的表面，然后放置2分钟使得油墨在纸的表面固化形成电极，取其中一张纸片，在电极表面贴上特氟龙胶带，然后将其中一张纸片折成“π”形状，另外一张折成“倒π”形状。最后两个器件通过缝隙嵌合到一起，便形成了X形状的纸基发电机。
这之前，摩擦纳米发电机（TENG）作为一种智能绿色器件已经被科学家所研发。“摩擦纳米发电机最具吸引力的特征是能把各种机械运动转换为电能，如人行走，人眼运动和车辆运动等。”遗憾的是，摩擦纳米发电机多数加工方法成本过高、工艺复杂，很难实现大规模的生产。
到2013年，王中林院士课题组创新性的提出了一种纸基TENG，大大降低了制作成本；2017年，张晓升教授等用铅笔在纸上绘出导电石墨层作为TENG的导电电极，进一步简化了制作工艺，推动了纸基柔性能源器件的发展。
朱智源表示，当纸基材被弯曲和导电电极表面被划伤时，签字笔油墨层的表面电阻比铅笔绘制的石墨层的薄层电阻更稳定。这种优异的性能表明，与铅笔石墨层相比，油墨层具有更长的使用寿命，更适合复杂的使用环境。
X形状的妙用
前的研究报道了多种结构，包括拱形结构，V形结构和菱形结构。然而，以往的结构大多只具有单一的工作模式，因此限制了TENG的实际应用并且使器件效率下降。因此，在这项工作中，研究人员提出了一种新颖的采用了切纸和折纸的组合式架构的X形状纸基摩擦纳米发电机。
种新的形状本身带有6对摩擦电极，进而将6个摩擦副集成到到一个X形状纸基摩擦纳米发电机。这一特殊的结构可提供两种工作模式，拓展了摩擦纳米发电机的应用范围。
一种模式，基于常规的接触-分离模型。采取多个堆叠结构的X形状纸基摩擦纳米发电机，可以进一步提升堆叠结构的电流输出性能。科研人员通过实验发现，在手按压下具备四个工作单元的堆叠X形状纸基摩擦纳米发电机，产生的输出能够直接点亮工作电压为3.4V的101个串联高功率蓝光LED。“当然为了防止电流相互抵消，我们还会在结构中采用多个全波桥独立连接的优化手段，使得电流朝着一个方向运动。”
二种模式，可以有效地从人体运动中收集机械能。比如收集人肘运动机械能，或者将X形状纸基摩擦纳米发电机放在书包中，收集人走路时产生的振动机械能等。
研人员介绍，X形状纸基摩擦纳米发电机能够适应湿度环境，具有在海洋环境下工作的潜力，在船舶电子系统供能方面有潜在应用。“未来，潜水员的探照灯或许可以通过人体自身的运动机械能发亮，同时这种发电原理或许还可以运用到救生中。”朱智源说。
介绍，该研究小组隶属于浙江大学海洋电子与智能系统研究所，重点关注以信息科学与海洋物理为学科交叉的基础研究，包括海洋信息电子以及新能源新材料新器件。此次利用简易的商用材料制备了结构简单、体积小、重量轻、低成本、作用速度快的供能器件，在摩擦纳米发电机研究上取得突破，为用于海洋的自主便携电子系统持续供能提供了新的思路。
这个发电设备，每平方厘米，最高可以发电1毫瓦。这样，3cm乘以3cm的设备，可以发电10毫瓦，这已经可以勉强支撑我们蓝牙设备连接时候的用电了。
接下来，科学家们研究的方向，将侧重于发电装置的持续稳定供电，这样可以让这个设备尽快投入实际使用中去。(杭州新闻）
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518304142
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