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【学术论坛】王中林院士谈纳米发电机驱动的自供电系统与蓝色能量
来源:大学生通讯社    作者:麦钊丽 常如风 摄影:常如风 麦钊丽    时间:2017年11月02日 15:08    浏览次数:

【大学生通讯社报道】10月29日下午,国际纳米科技领军人物、中国科学院外籍院士、欧洲科学院院士王中林教授到我校西校区扬帆楼135报告厅作“纳米发电机的物理根源——从麦克斯韦方程的位移电流讲起”讲座,与师生分享新时代纳米发电机驱动的自供电系统与蓝色能量。校党委副书记廖安平教授主持讲座,化学化工学院师生到场聆听讲座。

王中林用两张图简述自1995年来他取得的重大科研成就。从“投射显微镜中的原位测量”“自驱动系统与传感”到“蓝色能源概念”“纳米发电机—新时代能源”,王院士不断刷新着创新领域。

“树和草有区别,树有很深的根,有年轮,有方向。而做研究就是培育参天大树。从一棵树的发展思路我们总结出了纳米发电机原创概念。”王中林说。他用“树”的概念总结了他的课题组在过去十余年中所开创和发展的研究领域,这棵“树”包括收集多种类型能量的纳米发电机、混合电池、自供能系统、压电电子学、压电光电子学及将来的压电光子学,以上新兴领域都是以纤锌矿结构材料作为基本的材料体系,以压电势和半导体物理为根基发展而来。

“麦克斯韦方程式的位移电流是纳米发电机的物理根源。”王中林说,“位移电流方程式由电场的变化和介质激化随时间的变化推出;‘两个介质相互拍打的速度和电场变化的速度成正比’和‘电荷增加的数位’这两项使我们把压电效应、热实效应和摩擦效应的发电联系起来;浓度差导致的电流就是位移电流,其用途广泛,可利用高分子材料做鞋垫的传感装置,大规模地检测工业化革命,投入农业、娱乐、医疗应用。”

自驱动系统是一种不需要借助外部电力供给而能持续工作的用于感知、探测、数据处理和数据传输的系统。基于压电效应和摩擦起电效应的纳米发电机可以将微弱的机械能转换为电能并用于自驱动系统,如智能键盘可以自动识别个人敲打键盘的速度、力度等不同,提高身份的识别度;智能眼镜一个“眨巴”的动作可以实现信息的记录和自动翻页,避免边开车边看手机的交通事故发生;利用震动测量进行桥梁建设,达到数据准确具体化等,在物联网、环境/基础设施监视、医学科学、环境科学与安全等领域具有广泛而重要的应用价值。

王中林在报告中还深入浅出地介绍了他创立的压电电子学和压电光电子学,并分享自己的“四化”认知:微小集成化、无线移动化、功能智能化、驱能自动化,这都受益于自驱动系统。蓝色能源超越了绿色能源,目前他的团队正在研究一种基于摩擦纳米发电技术的稳定实用的波浪能发电网格装置,该技术一旦被研究成功,将加快我国海洋新能源的开发速度,对保障能源安全、环境保护和可持续发展有重大里程碑贡献,这就是“蓝色能源”。但它的缺点在于制造成本高,工程复杂,体积重大,效率较低。他说:“科学研究要注重社会效应,服务于国家,筑梦中华复兴。我们将在自己的研究路上坚持下去。”

针对关于“纳米发电机发明进程中遇到的障碍有哪些?”的提问,王中林说做研究要坚持“一棵树”的概念,盯住一个领域做精做透,特别是在失败、受到别人质疑的时候更要坚持下来。

化学化工学院2015级研究生谢志鹏说:“我学到了许多如‘纳米摩擦发电填补了常规电磁发电时低频率发电的不足’这样的新知识。王院士‘低调做人,高调做事’的教导和‘有想法就付诸实践’的鼓励给了我勇气和信心。”(编辑:施宏樱 校对:梁秋季)

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王中林,中科院北京纳米能源与系统研究所所长和首席科学家、中科院外籍院士、欧洲科学院院士、佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授,中组部首位“千人计划”顶尖人才和团队入选者、北京市首位“海聚工程”战略科学家、教育部长江学者讲座教授、中国首批国家自然科学基金会海外优秀青年科学家基金获得者。

王中林是国际纳米科技领域具有重要学术影响的科学家,他的研究具有原创性,前瞻性和引领性,已经在国际一流刊物上发表超过700篇论文(十篇发表在美国《科学》,三篇发表在《自然》期刊上;六篇发表在《自然》子刊上),被引用5万次以上。他是世界上在材料和纳米技术论文引用次数最多的前五位作者之一,H因子(h-index)达到105,在当今世界最杰出的科学家排名榜上第25名。

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