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瑞士洛桑联邦理工大学研制一种二硫化钼纳米膜可发电
《科技日报》记者 高博 / 时间:2016-07-27 15:46:04

  据科技日报网2016年7月17日讯 一阵微风,能烧热你家的电饭锅;一片安静的海,能点亮全中国的路灯。近日在北京召开的“纳米能源与纳米系统国际学术会议”上,中科院外籍院士王中林告诉科技日报记者,他的“纳米发电机”能够完美利用一切轻柔的能量,比如风和浪。
  “我们为什么要建大坝蓄水,让水带动发电机高速旋转呢?因为低频率的机械能难以转化。”王中林说,“而纳米薄膜能够利用10赫兹甚至是1赫兹以下的机械波。”
  王中林是中科院北京纳米能源与系统所所长,2015年他成为全球物理学领域论文被引用最多的人。他钻研十年的纳米发电技术,是纳米学界的热门话题。
  王中林研制的发电机核心是纳米薄膜,原理是:两张薄膜接触产生静电,轻轻一个外力分开它们,就有了电势差。“这个过程中,50%的机械能变成了电能。”王中林说。
  纳米薄膜如此敏感,压一下就有电,搓一下也有电,吹口气也能来电。王中林展示了一项应用:PM2.5高达1600多的汽车尾气,通入一个iPad包装盒大小的净化器,出来后PM2.5只有20——尾气吹拂下,纳米薄膜带了电,吸附了微颗粒。
  除了尾气净化器,王中林和同事正在研发“智能鞋”。记者看到了演示视频:原地踏步,运动鞋边镶的一排LED灯每次落地都会亮起来。鞋里放了纳米发电薄膜,能量来自落地的压力。
  “你只要走路,智能鞋就能给你的手机和随身电器供电。你只要摆臂,腋下的纳米薄膜也能摩擦发电。”王中林说,未来将有大量的移动设备和传感器走进生活,纳米薄膜很适合给它们随时随地充电。人呼吸的一起一伏,通过纳米发电机,就足够驱动心脏起搏器。
  王中林说,高效率的纳米薄膜由便宜的高分子塑料、铝和铜制成,结构简单,制作简便,所以可用于大规模发电。
  在一项实验中,王中林给房顶上种了“草”,全是纳米薄膜叶子,微风吹动“叶子”贴上又分开,发出的电够一个家庭使用。
  类似的,纳米叶片放在浮球中,水里一摇就能发电。浮球组成的网络可以漂在海面、江面上,给整个城市供电。“我们通过实验和计算认为,一平方公里的普通海面完全覆盖浮球网络时,发电功率超过1兆瓦。”王中林说,这意味着1万平方公里的海面发电量与一个三峡电站相当,他称之为“蓝色能源”。
  海浪起伏所产生的势能,人类一直无法利用。有一些波浪发电实验设备,机械变形驱动发电机,但无法商用,因为波浪一小,发电机转不起来。王中林的纳米发电技术从原理上来说几乎是完美的波浪能量收集者。
  自英国科学家法拉第于1831年发现电磁感应原理以来,从风车到核电厂全都依靠法拉第发电机。除此以外的发电模式只有光伏电池和燃料电池,但两者在应用上都不尽如人意。王中林的纳米薄膜有望开辟新路。
  纳米科学进展迅速有趣
  近期,纳米科学又有不少有趣的新进展。英国《自然》杂志13日在线发表瑞士洛桑联邦理工大学的研究报告称,依靠一种“纳米窟窿膜”,咸水和淡水之间的“渗透能”也可以发电。研究人员制造了一种二硫化钼纳米膜,只有三个原子厚,这种膜上的纳米洞大小适中,恰好能让咸水中的阳离子通过,拦截了大多数的阴离子。如果膜的一边是咸水,一边是淡水,阴阳离子就会分开,形成电势,从而发电。
  科学家还让一种古老的微生物吐出了纳米电路。地杆菌生活在土壤里,它能分泌一种能导电的蛋白质,靠这个本事吃土壤里的铁和其他金属,因此颇受环境修复工作者青睐。前几年,科学家用地杆菌的导电蛋白质,制成了纳米级的电线。而最近一篇论文宣称:美国科学家修改了地杆菌的基因,让它分泌出更多色氨酸。色氨酸是一种让你在大餐后昏昏欲睡的物质,在纳米尺度下导电良好。
  新版地杆菌吐出的电线,不仅导电性比过去提高了2000倍,而且直径只有1.5纳米,是最细的纳米导电线之一。这种电线非常结实,以至于需要花好几个月才能降解。科学家还准备让地杆菌生产纳米晶体管和电容,最后装配出一套纳米电路。
  最华丽的纳米作品,或许是11日《自然》官网报道的梵高名画。在硬币大小的几个玻璃皿中,梵高作品《星空》的局部被再现,涂抹的痕迹酷似油画颜料。
  这项技术叫“DNA折纸”,由加州理工大学发明。原理是先用DNA长链折叠成想要的形状,用DNA短链的“铆钉”衔接,然后在盐水中加热,让适当的组件自己挂到DNA的钩子上。如果将荧光分子组装到合适位置,就能映出一副《星空》的明暗轮廓。以前,DNA折纸术被用来绘制笑脸图案,甚至还画过一张西半球的地图,在纽约现代艺术博物馆里展出。这次组装《星空》的程序,前所未有的复杂,也能用来组装复杂的纳米装置。