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[新聞] 納米機器實現自我供電(圖)

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發表於 2008-2-29 10:44:20 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
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。
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