（a）基於垂直於基片生長的奈米線所設計的奈米發電機（(VING）。（b）基於平行於基片多行生長的奈米線所設計的奈米發電機（LING）。（c）基於 一行平行於基片生長的氧化鋅奈米線所組成的奈米發電機。（d）在微小形變下能產生1.2伏輸出電壓的奈米發電機的光學照片。
GeorgiaTech 王中林小組開發出具有高電壓輸出奈米發電機
並首次實現了基於全奈米線的自驅動奈米體系
引自科學網
繼2006年發明奈米發電機後，美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)教授王中林小(Zhong Lin Wang)組最近開發出具有高電壓輸出的奈米發電機，並首次實現了基於全奈米線的自驅動奈米體系，新成果發表在3月28日線上出版的《自然—奈米技術Nature Nanotechnology》期刊上。
論文的三位審稿人對該工作給予高度評價：“該研究小組一直是致力於基於氧化鋅奈米線的奈米新能源研究先驅，論文中報告的工作不僅是奈米發電機性能上的一大突破，也為奈米新能源的設計、裝配和使用壽命的提高等提供了新方法和新思路……該工作是奈米科技創新的典範，將在未來自驅動的化學、生物、醫學傳感探測器等無線搖控的奈米元件中發揮重要作用。”
自從發明奈米發電機後，王中林小組相繼發明了超聲波驅動直流奈米發電機、纖維奈米發電機，以及在柔性襯底上的低頻率振動交流奈米發電機。然而，輸出電壓小一直是限制這些奈米發電機實際應用於奈米科技領域的一個瓶頸問題。為了攻克這一技術難題，小組成員徐升、秦勇和許晨等，在兩年的時間裏經過上千次實驗，研製出基於豎直氧化鋅奈米線陣列的多層交流發電機，以及基於水準氧化鋅奈米陣列的多排交流發電機。其中，當三層豎直氧化鋅奈米線陣列交流發電機相互串聯連接時，輸入電壓可提高到0.243伏特。這個值接近二極體的閾門電壓，使得輸出電荷的儲存成為可能。與此同時，運用低溫水熱分解方法，通過巧妙的實驗設計和組裝，研究小組在一般的柔性基底上成功合成出700餘列生長方向和晶格取向都平行排列的水準氧化鋅奈米陣列。這些水準奈米線相互串並聯連接在一起，在僅僅0.19%的慢性形變下，就將輸出電壓提高到了1.26伏特。王中林認為，這一突破性進展將極大地推動奈米發電機在奈米科技領域的實際應用。
此外，在這兩種不同質性的交流奈米發電機中，氧化鋅奈米線的兩端都與輸出電機緊密接觸，避免了奈米線與電極之間的摩擦和損耗，從而大大提高了發電機的穩定性和壽命。而交流奈米發電機被封裝在彈性材料中，又大大拓展了它的工作環境和應用範圍。王中林說，這種三維設計的多層奈米發電機也為未來大規模實際應用提供了一條可行的實施方案，如收集風能、潮汐能、引擎的轉動、空調或其他機器運轉時的機械能、人行走時肌肉的伸縮能或腳對地面的壓縮能，甚至在人體內由於呼吸、心跳或血液流動帶來的體內某處壓力的細微變化而產生的機械能等。
早在2006年，王中林提出，提高奈米發電機輸出電壓和功率的最終目標就是實現奈米元件的自驅動化，即不需要外接電源或電池。如今，通過將一個基於氧化鋅奈米線的pH感測器或者是紫外線感測器串聯到一個基於氧化鋅豎直奈米線陣列的交流發電機上，他的研究小組成功實現了基於全氧化鋅奈米線的自驅動奈米體系。在這個奈米體系中，交流奈米發電機通過採集周圍環境中的微小機械振動，為奈米感測器的持續工作提供電能。隨著外界條件的變化，感測器自身的電阻相應變化，因而在電路中感測器兩端的電壓降也隨著相應變化。這是實現自驅動奈米體系的關鍵一步。他說：“值得注意的是，研究中考察的奈米感測器只需要範圍在20～40毫伏的電壓即可工作。另外，實現基於全氧化鋅奈米線的自驅動奈米體系，為將來實現可植入生物活體的自驅動奈米探測器提供了原始模型。這項原創性發明未來將在生物醫學、國防和百姓生活中擁有廣泛的應用前景。”（王丹紅）
Nature Nanotechnology原文論文
Self-powered nanowire devices
Published online: 28 March 2010 | doi:10.1038/nnano.2010.46
Sheng Xu1,2, Yong Qin1,2, Chen Xu1,2, Yaguang Wei1, Rusen Yang1 & Zhong Lin Wang1
1. School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332-0245, USA
2. These authors contributed equally to this work
Georgia Tech材料科學與工程學院(School of Materials Science and Engineering)
王中林教授指導的奈米科學與技術實驗室
Zhong Lin (ZL) Wang's Nanoscience and Nanotechnology group
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