10月22日，世界能源领域Zui高奖、被誉为“能源界诺贝尔奖”的埃尼奖被授予中科院北京纳米能源与系统研究所所长、中国科学院外籍院士王中林。

王中林院士成为获得埃尼奖的第一位华人科学家，他的一大成就就是发明了纳米发电机。英国《新科学家》杂志把纳米发电机评为影响未来、10~30年后有可能和手机具有同等重要性的重要技术之一。近日，广州日报采访了王中林院士。

文/广州日报全媒体记者肖欢欢

图/中科院北京纳米能源与系统研究所

王中林是国际公认的纳米科学与技术领域的型科学家。他首次发明了纳米发电机和自驱动纳米系统技术，被誉为“纳米发电机之父”。

将来走路心跳脉搏都可以发电

王中林告诉记者，通过比头发丝还细的纤维丝长出极微小的纳米线，只要受到拉车、摩擦或微风吹拂就可以自行发电。这意味着，只要人穿上纳米材料制作的“发电衣”，通过运动，就能发电。根据模型估算，用这样的纤维制成的织物，每平方米输出功率可以达80毫瓦，足可以为一块手机电池充电。“将来，只要我们穿着纳米纤维材料的衣服，就为随身所带的电子设备发电了。”

他举例说，长满纳米线的纤维丝就像女士卷发用的发卷，将两个发卷平行放置，给其中一个镀上金属，从而和氧化锌形成类似二极管的导电效应。Zui后在马达的带动下，两个“发卷”相互错动摩擦，便能产生电能。

王中林说，这一发明可以用来收集人体运动、肌肉收缩、血液流动、声波、超声波等所产生的能量，将其转化为电能提供给纳米器件，让纳米器件实现能量自供。这些昔日白白被浪费掉的能量都会被利用起来。发电效率达到17％－30％的，为自发电的纳米器件奠定基础。

材料都是安全的，整过程无排放、无污染，堪称Zui具潜力的绿色发电。纳米发电机的重要性怎么强调都不为过。以前不论多小的元器件，都要加上一个尺寸较大的传统电源，传统电源都需要定期更换。如果所有的移动终端，包括有些传感器比指甲盖还小的器件，都需要依赖电池的话，物联网就没法实现。

纳米发电机将是电源领域革命性的一步，纳米器件的电力供应将从传统电源转变为纳米电源。其在生物医药、无线通信和无线传感等领域将有非常广泛的应用前景。它可以整合纳米器件，实现真正意义上的纳米系统，让纳米器件实现能量自供。这是解决未来能源问题的基石，也为物联网技术的实现提供了可能性。

对话

解决难题： 将机械能转化为电能

广州日报：你是如何进入纳米研究领域的？

王中林：1987年我从亚利桑那州立大学博士毕业后，在物质与电子交互作用这一基础物理领域工作了很长时间，主要从事弹性和非弹性散射理论研究。我还在高温超导方面做了很长时间研究。但在意识到我的研究可能不会有太大影响之后，我将全部时间投入到纳米研究，我在学生时代就从事透射电子显微镜研究，观测原子核极小尺度表面，所以，转向纳米研究也是很自然的选择。我博士论文做的就是纳米方面的，当时不叫纳米，叫small particle，小颗粒。可以说，我是从1983年开始做纳米研究的。

广州日报：你为何在2000年调转了研究方向？

王中林：我在碳纳米管方向上工作了三四年后，就开始思索这种纳米结构有多大应用前景。纳米管是金属还是半导体取决于其螺旋属性，由于当时人们很难控制纳米管的空间螺旋性，它的导电属性通常是随机出现。我当时想，为什么不用氧化物，我就开始用氧化锌。氧化锌有很容易控制的结构，它是光学透明的半导体，具有压电性，可以将机械信号转化为电信号或将电信号转化为机械信号，并且具有可控的形貌和结构，它还可以在50-80℃的相对低温下合成，用化学烧杯就可以在任意形状的衬底上生长。它还具有生物相容性，也就是说对生物体是安全的，是绿色材料。

氧化锌是一项极其重要的材料。英国《物理世界》2008年曾刊文说，在物理范畴，氧化锌纳米材料是和暗物质、量子计算、半导体薄膜、碳纳米管具有同等重要的地位和影响。2008年全世界发表的有关氧化锌纳米结构的文章就超过了600篇，我2001年发表的氧化纳米带一文正是所有这些文章的开创篇。

广州日报：氧化锌的研究和纳米发电机之间有何关联？

王中林：纳米器件具有尺寸小、功率小、反应灵敏等优势。但之前所有研究都是集中在纳米器件本身，没考虑它的电源问题。这些微小器件工作必须要有电源，只有实现了自带电源的纳米器件才能被视为真正的纳米系统。这将在生物医学、无线通信、无线传感等领域有广泛应用。

生活中机械能无处不在，走路的脚步、心脏的跳动、肌肉的拉伸、空气的流动、马路上的噪声、微风。能把这些能量转化成电能吗？ 2005年，我的学生宋金会发现了解决难题的方法。

我们利用竖直结构的氧化锌纳米线的独特性，在原子力显微镜AFM的帮助下，研制出将机械能转化为电能的世界上Zui小的发电装置——纳米发电机。

肌肉运动、血液流动

未来也能实现发电

广州日报：纳米发电机被视为划时代的科学发明，甚至被评为可以与手机发明具有同等重要性的技术。你如何看待它的重要性？

王中林：纳米发电机的重要性怎么描述都不为过。它的发明不仅为实现能源系统的微型化带来了可能，更重要的是，对于实现具有完全无线，可生物植入，以及长时期甚至终生无需照管的纳米或微电子器件，纳米发电机提供了一种理想的电源系统。

要使纳米发电机能广泛应用到各个方面，Zui重要的环节就是要降低纳米发电机的响应频率。

传统的发电机要求机械运动的强度必须大到足以带动转子的转动，但纳米发电机可以将轻微运动到剧烈的机械能转化为电能。其次，通常我们说的电流是传导电流，而纳米发电机是通过位移产生电流。比如说，你穿一件这种材料的衣服，你在跑步、走路，你的衣服被微风吹动，你的衣服就能成为一个发电机，从而将你身体的各个健康指标传输出来。

将这个做在鞋垫里面，人走路可以驱动发电，供给传感器和GPS，可以用于人体康复和定位。我们还可以将其集成进生物系统，用肌肉运动发电，用血液流动发电，还可以用声波、噪声、微风等发电。过去心脏起搏器需要定期更换电池，如今我们已经利用小白鼠的呼吸来驱动心脏起搏器，如果用到人体，仅通过呼吸就能够驱动心脏起搏器。某种程度上，纳米发电机为解决能源问题提供了一种出路，它是新时代能源的基石。

广州日报：摩擦纳米发电机的发明是不是也具有偶然性？

王中林：2011年，我让学生做电纺丝仿压电材料发电，学生去做测时发现，以前输出电压本应该是1伏，但Zui近几次实验，输出电压竟然达到5伏以上。后来发现是学生在做纳米发电机的时候没有封装好所致。于是我对学生的实验进行改进，发现两种高分子材料相接触的过程中可以产生电，就发明了摩擦纳米发电机。

广州日报：纳米发电机要转为应用，还需要做哪些工作？

王中林：应该是提高纳米发电机的发电电压。如果我们可以达到零点几伏电压，比如0.5伏，它就会非常有用，就可以将其用于生物探测器，比如癌症探测器、血糖探测器等生物探测器。纳米新能源的产业化，正是我未来5年的工作方向，我预计，5年内纳米能源的利用会达到高峰。

广州日报：你能取得这么大的成就，秘诀在哪里？

王中林：一是不吃老本，保持对新知识的饥饿感；二是坚持不懈。做科研要把眼光放在未来的工作上。搞科研就像爬坡，直上直下很困难，盘旋着螺旋上升反而会容易很多，有时会产生“柳暗花明又一村”的惊喜。