王中林教授是如何工作的

由:斯蒂芬妮克劳福德

纳米发电机看起来就像微型电路板,只要轻轻挤压就能产生电流。查看更多电子零件图片。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院乐动-软件

自托马斯爱迪生开发了电动灯泡在美国,科学家们一直在寻找更好的发电方式。这一研究在两个关键的技术领域取得了重大进展:能源和电子。乐动-软件对更好能源的探索导致了大规模的可充电电力服务电池乐动体育网站5.0以及用于利用来自我们周围世界的可再生能源的设备,例如风力涡轮机和太阳能电池板。在电子产品中,开发人员不断地寻求更便宜但更强大的设备,这些设备使用比其前任技术更少的能量。乐动-软件

如果我们可以通过活力从电力产生电力,那么什么呢?想象一下,如果您可以通过将手指敲击音乐的节拍或穿着连帽衫的脉冲来保留您的iPod,或者用带有微小的嵌入式电路板的脉搏来保持款项。虽然它可能听起来像科幻小说,但纳米流行者正在将这种电源变为现实。

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纳米料是研究人员用来描述一种小型电子芯片的术语,这种芯片可以利用身体的机械动作,比如轻轻捏一下手指,来发电[来源:ACS]。该芯片具有蚀刻到柔性表面上的集成电路,类似于您的电路板上的部件电脑。随着“纳米”前缀所暗示,这些发电机是一块纳米技术,或者技术如此小的其尺寸由纳米(十亿分之一米)测量。乐动-软件因此,即使是今天最复杂和最强大的纳米液也足够小,以便在两个手指之间举行。

纳米发电机的关键部件是纳米线或类似的结构压电陶瓷材料。压电材料可以通过弯曲或压力产生电流。如上所述纳米线是如何工作的,数百个纳米线可以在小于人头发的宽度的空间中并排包装。在这种规模,并且随着纳米液乐动体育网站5.0组件的组合灵活性,即使是最轻微的运动也可以产生电流。

纳米发电机不仅体积小、响应快,而且威力越来越大。2011年3月,研究人员测量了五个纳米发电机叠加在一起的输出。这个微小的堆栈产生了大约1微安的电流,产生了3伏特的能量,大约相当于2节AA电池[来源:乐动体育网站5.0ACS]。

想更仔细地看看纳米发电机技术以及纳米发电机的实际应用将如何影响我们的生活吗?乐动-软件让我们从纳米发电机背后的一些研究开始。

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纳米发电机背后的发展

王志林和他的同事在佐治亚理工学院乐动-软件在过去的十年里,在纳米发电机的开发上取得了重大的飞跃。“width=
王志林和他的同事在佐治亚理工学院乐动-软件在过去的十年里,在纳米发电机的开发上取得了重大的飞跃。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院乐动-软件

在《黑客帝国》中,基于计算机的生命形式奴役了地球上的人类,并将他们的身体作为能量来源。人类充当了电脑有限的生命电池(可以充电,但不是无限期充电的电池),就像我们在电视遥控器上使用AA电池一样。虽然《黑客帝国》只是小说,但开发纳米发电机的研究人员正在寻找利用人体能量为电子设备提供动力的现实。

Zhong Lin博士(Z.L.)王佐赫理工学院(佐治亚州科技)是纳米发生的领先研究员[资料来源:乐动-软件纳米]。十多年来,王弘毅和他的团队一直在努力生产小得令人难以置信的产品电路可以产生电流。像佐治亚乐动-软件理工学院团队开发的纳米技术项目是如此微小,以至于研究人员必须使用显微镜来观察他们正在研究的东西,以及能够创造和操作微观电子元件并测量其输出的仪器。伊利诺伊州文德兰花]。

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王博士的团队完全在实验室内开发了他们的纳米级。王和他的同事首先创造了所需的材料,然后制造,分析,措施和包装每个纳米电磁器原型。乐动体育网站5.0该接地研究组已成功供电发光二极管[领导[乐动体育网站5.0艾拉塞二极管和液晶显示器[液晶显示器]专门使用纳米级功率[来源:Georgia乐动-软件Tech]。

在纳米液勘探期间,不同的组在纳米液中进行了不同的压电材料。研究人员在普林斯顿大学普林斯顿大学的迈克尔·麦格莱斯(Prashant Purohit)一直使用锆钛酸铅或PZT。虽然PZT非常脆,Mcapline和Purohit发现了如何塑造材料,所以它可以在不破坏的情况下延伸到百分之十(来源:伯杰]。1999年,王成为第一个使用氧化锌(ZnO)的研究人员,作为纳米液中使用的压电材料[来源:Georgia乐动-软件Tech]。在2009年的一份出版物中,Wang的团队将他们在改进纳米发电机方面的持续成功归功于ZnO的使用[来源:陆,et al。]。

我们知道压电材料是纳米发电机的关键组成部分。现在,让我们仔细看看它是如何发电的。

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在纳米中发生了什么发生的事情

这是对生长氧化锌纳米线的一种过程的显微镜观察。纳米线在中间,从左边的铬电极向右边的金电极延伸。“width=
这是对生长氧化锌纳米线的一种过程的显微镜观察。纳米线在中间,从左边的铬电极向右边的金电极延伸。
礼貌中林(Z.L.)王/格鲁吉亚理工学院乐动-软件

纳米电磁炉由一个组成集成电路,用由硅树脂和压电陶瓷制成的部件,蚀刻到柔性表面上,称为衬底。虽然基材的强度和其他性质在工程中是重要的,但是魔法在电路中发生。在表面上,使用肉眼,我们可以看到一系列线条和盒子,这些线条和盒子出现为平坦的二维图像。然而,柔性芯片乐动体育网站5.0的外层下方的微观外观揭示了完全不同的三维图像。

在压电材料中产生。如前所述,王的团队已经使用氧化锌来开发纳米线。每条纳米线的直径在100到300纳米之间(线的宽度)。每根纳米线的长度大约为100微米;一微米= 100,000纳米。为了更好地理解这一点,请注意这根金属丝的长度(而不是宽度)大约相当于两根人类头发的宽度。

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在他们的纳米发电机中,王的团队将纳米线阵列连接到基板上,并在线的另一端放置一个硅树脂电极。电极表面有锯齿形图案。当一个小施加物理压力对于纳米发电机,每条纳米线弯曲并产生电荷。电极捕捉到这些电荷,并带着它穿过纳米发电机电路的其余部分。整个纳米发电机可能有几个电极从数百万纳米线中获取能量[来源:Greenemeier科学日报]。

在自己的研究组中,Mcalpine和Purohit已经采取了不同的方法对纳米液,使用PZT创造纳米布尔斯。每个纳米孔约为10微米宽,厚度为250至500nm。它们首先在氧化镁表面上形成纳米杆,然后使用磷酸去除它们。然后,它们将纳米击固定到预拉伸的硅橡胶表面上,当放松时,使纳米杆扣缠绕而不会破裂。当纳米杆弯曲时,它们的运动可以发电不让它们脱离表面[来源:伯杰]。

研究人员研究了从压电材料形成柔性电线的基本前提下,研究了各种发电机的方法。例如,王的实验室在每个连续的设计中改善了纳米线和电路。王报告称,在过去十年中,他被看到产出改善了超过10亿倍。

到目前为止,您已经看到了纳米发电机的内部工作原理。现在,让我们来看看在未来几年内,纳米发电机可能会在哪些地方发挥作用。

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纳米发电机的实际应用:医药及其他领域

把纳米发电机嵌入连帽衫或t恤等衣服中,可能会给“摇滚之心”这句话赋予新的含义。“width=
将纳米发电机嵌入连帽衫或t恤等衣服中,可能会给“摇滚之心”一词赋予新的含义。
iStockphoto /思想库

医生需要可靠的技术为植入病人体内的设备供电,以调乐动-软件节或监测病人的健康。这些设备的例子是起搏器和连续血糖监测系统。植入设备有一个固有的挑战:它们会随着时间的推移磨损或需要更换电池或者一个笨重的外部电源。

通过使用纳米机构,医生可以将新一代的这些设备植入,能够保持有力,并且持续很长时间,最小的身体入侵[来源:Medgadget]。这种装置将利用像心跳或肺部膨胀的非自愿运动的能量。简而言之,您可以使用您的身体保持活力的设备,有助于让您活着回报。此外,通过使用ZnO等无毒材料作为压电材料,有更好的机会植入纳米液而不损伤身体的情况[来源:Greenemeier]。

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那么纳米生剂的药物超出了什么?研究人员认为,纳米人很快就可以为你提供动力iPod.手机。由于纳米发电机非常小,它们可以很容易地嵌入t恤或帽衫的布料中,所以你的iPod可以利用你的脉冲来为内部电池充电。Wang预计,他的团队开发的纳米发电机将成为这类产品的一部分,并在5年内上市。福克斯新闻]。

使用纳米发电机的一个附带好处是它们对环境的潜在积极影响。纳米发电机使用一种可再生资源:来自身体运动的动能。它们是用比电池更环保的材料制造的,而且它们有可能减少电池生产和处理过程中产生的废物。乐动体育网站5.0尽管如此,由于纳米发电机的尺寸和有限的功率,影响还是很小的。纳米发电机能否为笔记本电脑等大型设备供电,时间将会证明这一点。

纳米发电机可能不会取代电池,至少在不久的将来不会。乐动体育网站5.0对于不经常接触的设备,你仍然需要电池备份,比如闹钟。你还需要确保某些设备即使在你不使用或触摸它们的时候也能继续闲置运行,比如你的智能手机。也许在未来,制造商将把纳米发电机与某种类型的可充电电池系统结合起来,创造出一种可靠的能源,同时减少对环境的影响。

既然你有关于纳米流行者的事实,充电到下一页以获取更多伟大的信息。

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更大的链接

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  • 伯杰,迈克尔。“呼吸,纳米流动乐动体育网站5.0器会为你的起搏器供电。”纳米陶瓷。2011年2月18日。(2011年4月24日)http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=20192.php
  • 博伊尔,丽贝卡。“可伸缩的纳米发电机可以利用肺运动为医疗植入物提供动力。”受欢迎的科学。2011年2月18日。(2011年4月24日)http://www.popsci.com/tech乐动-软件nology/article/2011-02/stretchable-nanogenerators-could-expand-and-contract-your-every-breath-using-lungs-power-medical-impl
  • ”。“未来的iphone可以用你的心跳充电。”2011年3月30日。(2011年4月24日)http://www.foxnews.com/scitech乐动-软件/2011/03/30/future-iphones-charged-heartbeat-experts-say/
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  • 《科学日报》。“纳米发电机将机械能转化为电能,用于自供电设备。”《科学日报》2006年4月16日。(2011年4月24日)http://www.sciencedaily.com/releases/2006/04/060414011916.htm