自驱动系统中的纳米发电机(王中林著;王中林,秦勇,胡又凡译)思维导图
纳米发电机nanogenera课件
纳米发电机发展前景
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（a）在氮化 镓基板上生长 的氧化锌纳米 线扫描电子显 微图像
（b）在导电 的原子显微镜 针尖作用下， 纳米线利用压 电效应发电示 意图
（c）在氧化锌纳米线上用探针尖收集到的电信号 （d）单根纳米线上探针尖的移动图像和产生的电信号图像
直立式纳米发电机原理图 纳米发电机nanogenera课件
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产生压电放电能量的物理原理来自氧化锌的压电性质和 半导体属性的耦合，一根垂直的直立氧化锌纳米线被AFM 针尖挤压产生一个应变场，外表面被拉伸，内表面被压 缩。由于压电效应在纳米线内部沿z方向产生一个电场， 压电场方向在外表面与轴几乎平行在内表面与轴反平行， 在一级近似下，沿着纳米线尖端的宽度，从压缩到拉伸 的侧面电势分布在-Vs和+Vs之间
纳米发电机产生
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概述
纳米发电机发展前景 直立式纳米发电机 纳米发电机原理 氧化锌纳米线的优点 纤维纳米发电机 交流纳米发电机
Dept. of Computer Sci源自nce, Tianjin Uni.
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让纳米尺度的器件能够自己给自己提供电源，从而实 现器件和电源的同时小型化，这是科学家一直所梦寐 以求的，纳米发电机能够将周围的微小运动、振动、 流体等自然存在的机械能转化为电能
电流是在△V驱动下，从半导体氧化锌纳米线到金属针尖的 电子流动产生的，通过纳米线到针尖回路中，自由电子的流
动能中和分布在大量纳米线中的离子电荷，所以能降低-Vs 和+Vs的量级，因此,△V开始减小，并在纳米中所有离子电 荷被中和的时候变为0，这就解释了为什么放电曲线是对称 的
自驱动系统中的纳米发电机
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ思维导图
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接着
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纳米 介绍
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内容摘要
内容摘要
《自驱动系统中的纳米发电机》是一本全面介绍自驱动系统和纳米发电机的书籍，内容涵盖了从 基础知识到最新进展的各个方面。本书首先介绍了自驱动系统和纳米发电机的概述和发展历程， 接着重点介绍了纳米发电机的各种类型和设计原理，以及其在自驱动系统中的应用。 在第一章中，本书介绍了自驱动系统的基本概念和特点，包括其自主性、响应性和可持续性等。 还讨论了自驱动系统的设计原则和基本构建模块，为后续的纳米发电机设计和应用奠定了基础。 从第二章开始，本书进入了纳米发电机的内容。首先介绍了纳米发电机的概念和基本原理，包括 纳米尺度上的能量转换和收集等。在这一章中，还详细介绍了纳米发电机的各种类型，包括静电 式、摩擦式和热电式等。还介绍了纳米发电机的制造方法和工艺，以及其性能评估和优化方法。
《自驱动系统中的纳米发电机》这本书是一本非常值得阅读的科普书籍。通 过这本书的介绍，我对纳米科技和能源转换有了更深入的了解和认识。这本书的 内容丰富、通俗易懂，同时也具有很强的趣味性和启发性。我相信这本书会对很 多读者产生很大的启示和帮助。
目录分析
《自驱动系统中的纳米发电机》是一本全面介绍纳米发电机在自驱动系统中 的应用和发展的书籍。通过深入浅出的方式，这本书将带领读者了解纳米发电机 和自驱动系统的基本概念、工作原理、应用领域以及未来发展趋势。
压电性质纳米线发电机
基于ZnO纳米线压电性质的发电机纳米材料期中考试论文摘要：基于纳米结构的ZnO压电纳米发电机（NGs),由于其特殊的压电效应和小尺寸效应，可以收集环境中的能量（比如声能，振动能）并将其转化为电流。
我们可以利用这种压电电流，给诸多微电子器件供能。
这种供能方式无疑将会给未来的无线电子器件的发展带来极大的动力。
佐治亚理工大学的王中林研究组在这方面做出了开拓性的贡献。
该研究组开发了两种ZnO纳米发电机，一种是通过超声波驱动并产生直流电的发电机，虽然这种发电机以一种全新的方式引出了压电电流，但这种发电机的稳定性以及发电效率都比较低，在实际的应用和制造过程中不太理想。
后来该研究组改进了发电机的发电方式，利用嵌于软物质里面的ZnO纳米线的往复弯曲来产生电流，这种发电方式的稳定性和发电效率都有很大的提高，但是实际的应用前景不太大。
两种发电机的基本原理是相似的，主要包括两方面：第一，外力驱动产生压电电流；第二，利用MS结的整流性质将产生的微电流整合，产生可观测的现象。
本文将结合王中林的研究对这两种发电机的工作原理做相关的论述，并对纳米压电材料的应用提出自己的一些想法。
一．压电效应简介当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。
如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。
挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。
如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。
在纳米尺度范围内的ZnO线晶体，在（001）或（00-1）方向具有明显的压电性质。
图二为制备的纳米线ZnO晶体阵列。
二．金属-半导体结（MS）及其整流性质的简介。
自驱动系统中的纳米发电机读书记录
《自驱动系统中的纳米发电机》读书记录目录一、内容概述 (2)1.1 背景介绍 (2)1.2 研究意义 (4)二、自驱动系统概述 (5)2.1 自驱动系统的定义 (6)2.2 自驱动系统的分类 (7)2.3 自驱动系统的发展历程 (9)三、纳米发电机原理及分类 (10)3.1 纳米发电机的工作原理 (11)3.2 纳米发电机的分类 (12)3.2.1 基于热电效应的纳米发电机 (14)3.2.2 基于光电效应的纳米发电机 (15)3.2.3 基于压电效应的纳米发电机 (16)四、自驱动系统中纳米发电机的应用 (17)4.1 无线传感器网络 (19)4.2 智能家居 (20)4.3 医疗设备 (21)4.4 能源回收 (22)五、纳米发电机的优化与改进 (24)5.1 提高纳米发电机的输出性能 (25)5.2 降低成本 (27)5.3 增加稳定性 (28)六、挑战与展望 (29)6.1 当前面临的挑战 (31)6.2 未来发展趋势 (32)七、结论 (33)7.1 纳米发电机在自驱动系统中的重要地位 (34)7.2 对未来研究的建议 (35)一、内容概述《自驱动系统中的纳米发电机》一书深入探讨了纳米技术在自驱动系统中的应用，以及纳米发电机如何将微观世界的能量转换为可用的电能。
本书首先介绍了自驱动系统的基本概念和原理，然后详细阐述了纳米发电机的工作原理、结构特点以及其在不同领域的应用前景。
纳米发电机利用纳米材料的独特性质，如尺寸效应、表面效应和量子效应等，实现了高效、可持续的能量转换。
纳米发电机的种类繁多，包括基于摩擦发电、压电效应、热电效应和光电效应等多种类型的纳米发电机。
这些纳米发电机在自驱动系统中发挥着重要作用，如能量收集、传感器技术、无线通信和物联网等。
本书还讨论了纳米发电机的发展趋势和面临的挑战，如提高转换效率、降低成本、增强稳定性等。
通过本书的阅读，读者可以更好地理解纳米发电机在自驱动系统中的重要地位，以及其在未来科技发展中的巨大潜力。
基于摩擦纳米发电机的自驱动微系统
基于摩擦纳米发电机的自驱动微系统陈号天;宋宇;张海霞【摘要】针对物联网的多样性和应用环境复杂性,提出基于摩擦纳米发电机(TENG)的自驱动微系统解决方案.首先分析搭建自驱动微系统需要的3个基础模块:基于人体运动的摩擦纳米发电机的能量采集(EH)模块、主动式传感模块、高效率的能量存储模块,在此基础上搭建适用于不同应用场景的自驱动微系统,既可以有效地解决海量传感器节点的长期稳定能量供给问题,又有利于物联网技术向着多维度和多形态的方向发展.【期刊名称】《中兴通讯技术》【年(卷),期】2018(024)005【总页数】7页(P28-34)【关键词】微能源系统;EH;TENG;自驱动;主动式传感;能量管理【作者】陈号天;宋宇;张海霞【作者单位】北京大学,北京 100871;北京大学,北京 100871;北京大学,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TN929.5随着科学技术的飞速发展，电子设备呈现出小型化、低功耗和多功能的趋势，万物互联的物联网（IoT）时代已经拉开序幕。
物联网的搭建依赖于无数的分布式传感器，用于生命健康监测、环境污染防控、基础设施安全等诸多领域。
尽管单个传感器能耗有限，但是整个物联网包含着上亿个传感器，这就对能源供给问题提出了挑战。
电池是最为常见的储能元件，但是在面对数量庞大的分布式传感器系统时，电池因其有限的寿命，需要循环充电以及自身体积过大等问题，无法解决物联网中海量传感器节点的能量供给问题。
因此，开发出一种可以随时随地从周围环境中收集能量用于驱动微纳米传感器的自驱动微系统成为当务之急。
在周围环境中，相比于光能、热能等，机械能来源更为广泛，种类更加丰富，大到风能、水能，小到人体的自身运动都充满着大量的机械能。
常用的机械能采集方式包括电磁感应、压电效应和摩擦起电效应。
环境中的机械能多呈现频率偏低、振动随机等特点，这就给能量采集（EH）方式提出了挑战。
相比于传统的基于电磁感应原理的大型发电机，新型的压电式纳米发电机和摩擦式纳米发电机更加适用于这类“低频随机能量”的采集。
纳米摩擦发电机概述
纳米摩擦发电机概述一、纳米摩擦发电机的发明背景二、纳米摩擦发电机的发明2012年，美国佐治亚理工学院王中林小组的范凤茹报导了一种基于摩擦电的柔性薄膜发电机。
利用摩擦起电和静电感应相结合，并进一步合理设计器件结构，使摩擦起电这一古老的现象展现出新的应用价值和潜力。
整个摩擦发电机是将镀有金属电极的高分子聚合物薄膜聚酰亚胺薄膜和聚对苯二甲酸乙二醇薄膜贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械形变，导致2层聚合物薄膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。
2个金属电极板作为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷。
感应电荷在电势差的驱动下经外电路形成电流。
摩擦发电机由2种高聚物薄膜构成，结构示意图和实物图如图1。
整个器件是互相堆叠的三明治结构，一片厚度125μm的聚酰亚胺薄膜与另一片厚度220μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜互相叠放，并与2个薄膜的顶部和底部溅射镀金电极，厚度100nm。
实验结果表明，在0.13%的机械形变下，器件的输出电压高达3.3 V，输出电流0.6 μA，峰功率密度10.4mW/cm3。
这种发电机结构简单、新颖，输出性能与目前其他类型的微型发电机相比具有明显的优势，且具有很大的性能提升潜力。
其低廉的制作成本和简单的加工工艺将有助于大规模的生产和应用，在个人电子产品、环境监控、医学科学及其他自驱动供电设备中具有巨大的应用潜力。
图 1 摩擦发电机的结构示意图笔者为了确认所得到的电能输出信号是器件本身输出，而非测量系统或者其他环境噪音所致，整个测试过程都采用了“极性反转”实验进行验证。
当电流表的正负极与器件的正负输出极相对应时，单次弯曲器件可以测得一个正的脉冲输出信号，而释放器件即可得到一个相应的负峰值信号。
反之，当电流表的正负极与器件的正负输出极反接时，同样的过程中，得到的正负峰值信号刚好相反。
极性反转的实验表明所得到的电能输出信号不可能是来自于测量系统本身或者周同环境的影响，可以作为排除虚假信号的判据。
由随机振动所驱动的纳米发电机——从无序中提炼出有序
第31卷第4期吉首大学学报(自然科学版)Vol.31No .42010年7月Journ al of Ji shou Universit y (Nat ural Science Edit ion)July.2010文章编号:1007-2985(2010)04-0071-05由随机振动所驱动的纳米发电机从无序中提炼出有序李德俊(吉首大学物理科学与信息工程学院,湖南吉首416000)摘要:研究了由超声波驱动的直流纳米发电机的发电原理,该发电机是一个无序能量收集器,能把纳米尺度的无规则或无序的微小机械能转变成有秩序的电能,即该纳米发电机是一个能把混乱整理成秩序、能从无序中提炼出有序的装置.计算了随机振动噪声所引起的纳米发电机输出的直流电流大小,在一定的条件下,这种纳米发电机的输出电流大小可以达到240nA 且可以由实验来测量的.关键词:纳米发电机,随机振动,无序能量收集器中图分类号:O411.1;TK01+1文献标志码:A在过去的几十年中,纳米科学技术取得了许多突破性进展,使纳米电子学、光电子学、量子电子学、材料科学、化学、生物等领域产生变化,对人类社会的文明进步、可持续发展将产生十分深远的影响.到目前为止,通过科学工作者们的努力,已经发明了大量的有广阔应用前景的纳米装置,如纳米电机、纳米探测器、纳米传感器、半导体纳米存储器、纳米三级管、纳米二极管等,但是这些纳米装置的运行需要给它们提供能源,而传统的化学电池存在着不少缺点,因此,近年来,研究者们正在探索为这些纳米器件提供能源的新途径.由于纳米器件所消耗的功率极低[1-3],而在周围环境中存在着大量的能量,如太阳能、风能、热能、振动能等,因而科学家们正在研究怎样从周围环境中获得能量的新装置[4].近年来由国际著名纳米科学家王中林领导的研究小组,在这方面取得了突破性进展,2006年,他们借助于原子力显微镜,成功地把纳米尺度的机械能转变成了电能[5],为纳米发电机的发明奠定了坚实的基础.2007年他们成功地设计出了由超声波驱动的纳米发电机,输出了连续的直流电[6-7].最近他们又把低频的微小振动转变成了电能[8],表明了纳米发电机广阔的应用前景.在这一系列的研究中,他们利用了纳米线的压电和半导体的耦合性质,把纳米尺度甚至更小的机械能转变成了电能,使得这种纳米发电机能从周围环境各种频率的振动噪声吸收和收集能量,甚至人行走时的肌肉伸缩、脚对地的压缩、呼吸、心跳或是血液流动都有可能带动这种纳米发电机产生电能,这一发明无疑是科技领域的进步,将对纳米科技的发展产生较深远影响.在物理学中,人们只有有序能量能自发地转变为无序能量,而无序能量是不能自发地转变为有序能量的.事实上,就目前来讲,整个宇宙的运动是有秩序的,这些有序运动从何而来,一直是科学上的一个谜.按目前的理论,宇宙中的有序能量终有一天会全部自发地转变为无序运动,整个宇宙的无序度将达到极大,运动将在质上彻底地消亡,整个宇宙将变得完全无序,这些无序运动的能量再也不可能自发地转变成有序能量.王中林小组纳米发电机的成功发明,使人们对这些问题有了一个新的认识.人们一般认为:存在于周围环境中的振动噪声是一些随机的或无序的、无规则的微小振动能量,这些混乱的微小机械能,是一些废弃的甚至是有害的无用能量,是不可以再加以利用的,也就是说,在这个世界上,只有有序能量能自发转变*收稿日期6基金项目吉首大学研究生处资助项目作者简介李德俊(56),男,湖南澧县人,吉首大学物理科学与信息工程学院教授,硕士,主要从事凝聚态物理研究:2010-0-21::19-.为无序能量,而无序能量是不能自发地转变为有序能量的,然而通过仔细分析可以发现,王中林小组发明的纳米发电机的设计,使它成为一种无序能量收集器,它能把无规则的混乱的微小机械能收集、整理成有秩序的电能,是一种能从无序中提炼出有序、能把混乱整理成秩序的装置,笔者认为这是纳米发电机在科学上的重要价值之所在.近年来,ZnO 作为一种多功能材料备受人们的关注,特别是随着纳米科学的进步,人们发现ZnO 纳米材料呈现出十分丰富的构型,如纳米线、纳米带、纳米弹簧,纳米环、纳米弓、纳米螺旋等,这些ZnO 纳米材料具有十分奇特的物理性质,展现了十分广阔的实际应用前景.笔者主要研究ZnO 纳米线的随机摆动导致的纳米发电机输出的直流电流大小,仔细分析了带有锯齿电极的ZnO 钠米发电机的发电原理,表明这种钠米发电机能把ZnO 钠米线的无规则的随机摆动能量收集整理成有秩序的电能.同时研究了ZnO 纳米线的振动特性,为计算纳米发电机输出电流作准备.并计算了随机振动的振幅的概率密度函数为高斯分布的情况下,纳米发电机输出电流的大小.1无序能量收集器从无序中提炼出有序图1纳米线的随机摆动向外放电王中林发明的纳米发电机原理已在文献[5-6]中作了描述,该纳米发电机实质上是一个无序能量收集器,能把无规则的、混乱的、随机的微小机械能收集、整理成有秩序的电能.该纳米发电机的最核心部位,就是位于发电机上方的锯齿状电极,如图1所示.在锯齿电极与竖直排列的ZnO 纳米线之间留有一定的小间隙,使得ZnO 纳米线在与铂电极接触之前能产生一定的形变,摆动中的ZnO 纳米线每次与铂电极接触时,都是纳米线带负电的内表面与铂电极相接触,这使得N 型半导体材料ZnO 与铂电极形成的肖特基二极管处于正向偏置,从而把形变所产生的压电能通过外部负载释放出来.电子是怎样从带负电的内表面通过外电路到达带正电的外表面,从而与外表面的空隙复合的,在以往的文献中,似乎还没有论述清楚,根据发电机各种材料的功函数,不难得出各种材料在连接处形成了3个整流二极管,而不只是1个二极管.由于这些二极管的存在,位于被压缩的内表面上的电子能容易地通过外电路到达被伸展的外表面而与空隙复合,同时在纳米发电机中凹槽型的锯齿状电极也有一定的缺点,那就是只有那些左右摆动的ZnO 钠米线才有可能与铂电极相接触而向外部负载放电,这就大大限制了随机摆动中的ZnO 纳米线与铂电极相接触的几率.如果把这种凹槽型的锯齿状电极改装成圆锥型的凹坑,那么,无论ZnO 钠米线朝哪个方向摆动,只要摆幅超过了纳米线与电极之间的间隙,就能与铂电极相接触,这就大大增加了随机摆动中的ZnO 纳米线与铂电极接触的几率,从而会大大增加发电机的效率.根据以上的分析,圆锥型的铂电极也能把ZnO 纳米线的无规则随机摆动能量收集、整理成有秩序的电能.尽管在一定的环境条件影响下,ZnO 的摆动是无规则的、随机的,但无论ZnO 纳米线向哪个方向摆动,只要摆幅超过了一定的数值,都能与圆锥状电极相接触,从而向外部负载放电.如果纳米线的数量非常多,将有许多摆幅较大的ZnO 纳米线同时与上部电极接触,同时向外部电路放电,这就相当于由许许多多电源并联的电源组,同时向外部负载放电.由于电源并联,将大大减少等效电源的内阻,许许多多的细小电流将汇集成较大的电流,所有纳米线向外部负载放电电流的方向都是一致的,这些电流是相互叠加而增长的,这样就把随机无序的振动能量,收集放大成了有序的电能.2氧化锌纳米线的振动特性在纳米发电机中,ZnO 纳米线都生长在氮化镓或蓝宝石基底之上,因而ZnO 纳米线的振动问题是属于一端固定而另一端自由的杆的横振动问题,其定解问题为y(x ,)+Y I S y(x,)x =,()72吉首大学学报(自然科学版)第31卷2t t 24t 401y(x ,t)|x =0=0,y x (x,t)|x=0=0,(2)y xx (x,t)|x=l =0,y xx x (x,t)|x=l =0,(3)其中:Y 为纳米线的杨氏模量;I 为惯量矩;S 为纳米线的横截面积;为质量密度;l 为纳米线的长度.令上述定解问题的解为y(x,t)=y(x)e i t ,(4)将(4)式代入(1)式,则d 4y(x)dx4-!4y(x)=0,(5)其中!=(SY I 2)1/4.(5)式的一般解为y(x)=C 1cos !x +C 2sin!x +C 3cosh !x +C 4sinh !x ,(6)其中C 1~C 4为待确定的常数.根据边界条件(2)和(1)式,可得sin 2-sinh 2+(cos +cosh )2=0,(7)y(x)=C[f ()cos !x -sin !x -f ()cosh !x sinh !x ],(8)f ()=sin+sinh cos+cosh ,(9)其中:=!l;l 代表纳米线的长度.由(7)式可决定纳米线的本征振动频率,(8)式决定处纳米线的振幅.为了使问题的处理变得简单,把纳米线的摆动等效为简谐振子,为此,计算纳米线摆动的最大动能,也就是总机械能,并把总机械能表达为纳米线顶端最大摆幅的函数.利用(4),(8)式,可得到纳米线摆动的总机械能为w =122S l 0y 2(x)ds.(10)通过计算,纳米线摆动的总机械能可写为w =12m 2g 1()g 2()A 2m ,(11)其中:g 1()=f 2()(1+12!sin2+12!sinh 2-sin cosh -cos sinh )+sinh 22-sin 22+sin cosh -cos sinh -f ()(sin -sinh )2;(12)g 2()=[f ()(cos -cosh )-sin +sinh )2,(13)其中:m 为纳米线的总质量;为纳米线的本征振动频率;A m 为纳米线顶端的最大摆幅.引入等效弹性常数k 为k =m 2g 1()g 2()=Y I l 34g 1()g 2()=15.3Y I l 3.(14)利用等效弹性常数,可把纳米线的摆动等效为一个弹性常数为k 、振幅为A m 的简谐振子的振动,这样就使问题的处理变得异常简单,纳米线摆动的总机械能可简单地写为w =12k A 2m .(15)根据(15)式,要使纳米线顶端产生A m 大小的偏离,则作用在纳米线顶端的横向偏离力为F =w A m =k A m ,(16)3随机振动噪声所引起的直流输出电流由上述讨论可知王中林小组发明的纳米发电机可以把纳米尺度的随机的、无序的振动机械能收集、整理、放大成有秩序的电能,笔者将计算由随机振动噪声所引起的纳米发电机直流输出电流的大小为方便计算,假定随机振动振幅的概率密度分布函数为高斯分布函数为73第4期李德俊:由随机振动所驱动的纳米发电机.f (x )=2#1e -x 222.(17)由图1可知,如果ZnO 纳米线顶部的偏转幅度大于某一数值A m 时,就能与上部圆锥型电极相接触,则每根纳米线能与上部电极相接触的概率为P(A m )=2#1A m e -x 222dx =1-2#1A m 0e -x 222dx #1-1-e -A 2m 22.(18)若共有N 根ZnO 纳米线,则同时与上部电极相接触的纳米线数为n =NP (A m ).文献[9]详细计算了一根弯曲的纳米线由于压电效应而产生的静电势,根据其研究结果,对于一根弯曲的纳米线,被伸展的一面的电势是正的,而被压缩的一面的电势是负的,被压缩表面总电势的最大值为%m ax =-1#!1&0+&+!F Y [e 33-2(1+v)e 13-2ve 33]1a ,(19)其中:&0为真空介电常数;&+为相对介电常数;Y 为弹性模量;F =k A m 为作用在纳米线顶端的侧向力;e 33,e 13,e 33为压电常数;v 为Poisson 比率;a 为纳米线半径.由此可看出在纳米发电机中,当一根随机摆动的纳米线与上部电极相接触时,相当于一个电动势E =2|%ma x |的瞬时电源.图2许多并联的瞬时电源同时向负载放电下面计算由ZnO 纳米线的随机振动所导致的纳米发电机输出的直流电流的数量级范围,由于纳米线的数量很大,因而将有许多纳米线同时与上部电极接触,这就相当于许多相同的电源并联而同时向负载放电,如图2所示.这样就会大大减小电源的内阻而增大输出电流,设有n 根纳米线同时与上部电极接触,这样等效电源的内阻为R =R I n,其中R I 是单根纳米线电阻.根据文献[5]的数据,ZnO 纳米线的电阻率=10-2~101!cm,因此,对于一根半径为25nm,长为600nm 的ZnO 纳米线,其电阻最大也只有30.5M .由(18)~(19)式以及文献[9-10]所提供的数据,取作用在纳米线顶端侧向力F =5nN,可算出|%ma x |=17.5mV ,如果纳米线总数为1000根,并取A m /=1,在这种情况下,这1000根随机摆动的纳米线中,同时与上部电极相接触的纳米线数n #210,利用这些数据可计算出由这1000根随机摆动的纳米线所引起的纳米发电机直流输出电流大小为240.8nA,如果还保守一点,把纳米线的电阻还增大10倍,则输出的直流电流仍然可达24nA.按目前的实验水平,测量出这样大小的电流是毫无困难的.按照文献[7]的方法,把纳米发电机串联和并联起来,则这种集成化的纳米发电机将会向外输出更大的电流和电压.4讨论(1)笔者研究了纳米发电机的发电原理,并计算了随机振动噪声所引起的纳米发电机直流输出电流的大小,按目前的实验水平,只要这种无序振动能量达到了纳米尺度,就可以借助王中林小组发明的纳米发电机,从这些无序的振动能量中提炼出有序能量.(2)不仅可以利用随机振动噪声来驱动纳米发电机发电,还可利用物质的放射性衰变粒子所引起的随机振动来驱动纳米发电机发电.比如放射(粒子的物质,自发放射出1个(粒子的能量大约为10MeV,即约为10-12J 的能量,如果(粒子打在ZnO 纳米杆上,就会把能量传递给纳米杆而让纳米杆振动起来,从而带动纳米发电机向外输出电能.而按目前的实验水平来讲,只要纳米杆的振动能量达到10-17J,纳米发电机就能向外输电;因此,用纳米发电机来制造核电池是一个较理想的设想.纳米发电机纳米杆热振动的能量,是否也能带动纳米发电机发电呢?为此,做一个数量级估计.首先计算在常温下,纳米线作热摆动的能量,根据能量均分定理,纳米线热摆动的平均能量为T =)T =21,如果纳米发电机中有大量的纳米线,则根据统计理论不难得知,会有不少纳米线的热摆动能量将大于平均热摆动能量,因此在以下的计算中,以平均能量的倍作为热摆动能量的计算标准,即以=T =作为热振动能74吉首大学学报(自然科学版)第31卷w 4.1410J 10w 10w 4.1410-20J量的标准.根据文献[10]提供的数据,对于一个半径为25nm,长l=600nm 的ZnO 纳米线,弹性模量Y =29GPa,k=15.3Y I l 3#0.63N/m,这样,由(15),(16)式,可计算出w=10w T =4.1410-20J 的热摆动能量,相当于作用在纳米线顶端的侧向偏离力F =2kw #0.23nN,这样的一根纳米线被压缩表面所产生的最大负电势%m ax #- 3.6mV.热摆动的能量比目前实验水平还小3个数量级,但随着实验水平的提高.参考文献:[1]JAVEY A,GUO J,WANG Q,et al.Ballistic Carbon Nanotube Field Effect Tr ansistors [J].Nature,2003,424:654-657.[2]LI Y,QIAN F ,XIANG J,et al.Nanowire Electronic and Optoelect ronic Devices [J].M ater.Today,2006,9:18-27.[3]TI AN B.Coaxial Silicon Nanowires as Solar Cells and Nanoelectr onic Power Sour ces [J].Nature,2007,449:885-890.[4]P AR ADISO J A,STARNER T.Energy Scavenging for Mobile and Wireless Elect ronics [J].Pervasive Comput,2005(4):18-27.[5]WANG Z L,SONG J H.P iezolectr ic Nanogener ator s Based on Zinc Oxide Nanowire Arr ays [J].Science,2006,312(5771):242-246.[6]WANG X D,SONG J H ,LIU J,et al.Dir ect Curr ent Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves [J].Science,2007,316(5821):102-105.[7]WANG X D,LIU J,SONG J H,et al.Int ergrated Nanogener ator s in Biofluid [J].Nano Lett.,2007(7):2475-2479.[8]QIN Y,WANG X D,WANG Z L.Microfibr e Nanowire H ybr id Str ucture for Energy Scavenging [J].Natur e,2008,451:809-813.[9]GAO Y F ,WANG Z L.Electrost atic P otential in a Bent P iezoelectr ic Nanowir e [J].Nano Lett.,2007,7:2499-2505.[10]SONG J H,WANG X D,RIEDO E,et al.Elastic P ropert y of Ver tically Aligned Nanowir es [J].Nano Lett.,2005(5):1954-1958.Nano generator Driven by Stochastic VibrationsRefining Order fr om Disor derLi De jun(College of Physics Science and Infor mation Engineer ing,Jishou University,Jishou 416000,H unan China)Abstr act:Tthe pr inciple of the direct current nano gener ator driven by ultrasonic waves is studied.It is shown that the nanogenerator is a wonder ful disor der energy har vester,it can convert nanoscale r andom minor mechanical energy into electrical energy;in other words,it is a wonderful device that can convert mess into order and r efine order from disor der.T he direct cur rent value of the nano gener ator caused by stochastic vibrations noise is also calculated.U nder certain conditions,the direct current value of the na nogenerator can achieve the level of 240nA,which can be measured by experiment.Key words:nano generator;stochastic vibration;disorder energy harvester(责任编辑陈炳权)75第4期李德俊:由随机振动所驱动的纳米发电机。
王中林被金子绊倒的“纳米首席”
王中林被金子绊倒的“纳米首席”作者：暂无来源：《中华儿女》 2017年第1期有时候你摔了一跤，但绊倒你的很可能不是砖头，而是一块金子。
排除生活琐事的干扰，从而成为当今世界纳米领域的执牛耳者◎本刊记者曹宏琰1981年，国家面向全国选拔100名中美联合招收的物理研究生。
西安电子科技大学一名大三男生报考，专业课全过，但是17岁以前没有学过英语的他语言没过关。
余下的一年时间里，这名学生把几乎所有的时间都留给了英语。
最后一次考试，他通过了，并且是西北五省惟一的一名。
1983年，男生如愿来到美国。
经过4年的努力，1987年获亚利桑那州立大学物理学博士。
从1987年到1994年，他辗转纽约州立大学石溪分校、英国剑桥大学卡文迪许实验室、美国橡树岭国家实验室和美国国家标准和技术定量局从事研究工作，2004年晋升为佐治亚理工学院校摄政董事教授。
35年后，曾经的励志“男神”，如今的纳米“大牛”登上了北京市“京华奖”的领奖台。
深灰色西装，蓝白相间条纹领带，黑框眼镜，言谈举止关中范儿十足。
听到这，科学圈内朋友一定想到一个人——中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家王中林。
作为国际公认的纳米科技领域的领军人物，王中林直言不容易。
“我回到国内什么新闻都不读，没时间看，先把自己手头的事做好。
睡觉前先把邮件处理好，一觉醒来又有50封。
”他晃了晃自己的手机，苦笑道。
热情不衰，终成正果王中林是一个相当执着的学者。
前些年，他力促美国佐治亚理工学院和北京大学联合创办光电系并兼任系主任，面对国内学风浮躁的状况，他深恶痛绝。
有一次,一个学生向他抱怨平时杂事多影响了做科研，他竟劈头盖脸的训道：“浮躁从你浮，今天晚上同学叫你卡拉OK，你去了，明天同学又叫你喝茶，你也去了，杂事多，你不去不就完了嘛！”“作为一个教授，不教不授何为教授？”王中林对此解释道，“我们要教的学生是我们知识和思想的传承，把学生当自己的孩子看，既要讲还要教，第一职责是育人，告诉学生做学问先做人。
纳米发电机-sch
压电式纳米发电机
组成和原理
肖特基势垒：具有整流作用
原理：在直立式发电机中，氧化
锌纳米线一端固定，并与一个固定 电极相连。而当氧化锌线自由端在 驱动电极的作用下受力变形时，纳 米线一侧受压缩而另一侧被拉伸。 由于氧化锌同时具有半导体和压电 性质，这就使得纳米线拉伸和压缩 的两个相对侧面分别产生正、负压 电电势，借助半导体性质的氧化锌 纳米线和其金属尖部的肖特基势垒 将电能暂时储存在氧化锌纳米线内， 并可用导电的原子力显微镜探针接 通这一电源，通过肖特基势垒整流 后，向外界输电。
前言
主要成就
3. ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ米传感器和新型器件的原理和应用
王中林基于纳米级压电和半导体性能的巧妙耦合 提出了纳米压电电子学 (nanopiezotronics)的概念，即 利用压电效应所产生的电场来调制和控制载流子运动 的原理来制造新型的器件，首次制造出压电场效应三 级管，压电二极管。
发表了600篇期刊学术论文，45篇书章节，28项美国 和中国专利，4 本专著和20本编辑书籍及会议文集， 其中有15篇发表在《Science》，《Nature》及其子刊 物上，论文被引用达31,000 次以上
热释电纳米发电机
原理
第一热释电效应：描述了在没有应变情况下的产生的电 荷，存在于PZT，BTO等铁电材料中。其机理是基于热 诱导的电偶极子在平衡轴附近的随机摆动，其大小随着 温度变化的增加而变大。
第二热释电效应：描述了热膨胀引起的应变导致的电荷， 其存在于ZnO、CdS以及其他一些纤锌矿结构材料。热 形变可以引起材料中的压电电势差，它能够驱动电子在 外电路中的流动。
纳米发电机
压电式纳米发电机
交流纳米发电机 热释电纳米发电机