在第二屆全球硬科技大會上，剛剛獲得能源領域“諾貝爾獎”的中國科學院外籍院士、中國科學院北京納米能源與系統研究所所長王中林，分享了他研究的新時代能源——納米發電機。

什么是新時代能源？

王中林院士稱，未來的能源是發散式、分布式、移動式、不確定數目居多的能源的集成，這就是新時代能源。“我們的能源不再是煤炭等聚集性能源，而是無序的發散性的小能源。例如手機。”如何去解決新時代的能源問題，是王中林院士20年來的主要研究方向。

王中林院士還介紹了納米發電機與普通發電機的區別。

首先，普通發電機需要達到一定的轉速才能產生電壓，而納米發電機依靠兩種材料接觸所起的靜電驅動電子的流動而產生電力。 其次，通常人們所說的電流是傳導電流，而納米發電機是通過位移產生電流。例如，將納米發電機做在鞋墊里，我們走路就可以驅動發光，也可以GPS定位，還可以健康康復。運用在健康醫療上，納米發電機能夠利用小老鼠的呼吸來驅動心臟起搏器，在未來有望實現自己充電驅動心臟起搏器。運用在紡織品上，纖維和纖維之間可以通過納米發電機實現傳感，衣服稍微一動，人便會感知。據王中林院士介紹，納米發電機還可以利用固體與液體界面的變化發電。

王中林院士透露，在未來，利用自然界的“藍色能源”也可實現發電。自然界的太陽能、風能、海浪能源都是巨大的，但是由于環境惡劣、價格高昂，目前還沒有得到有效利用。但是能量是晝夜存在的，比如網絡就是一個晝夜不停的發電廠，怎么回收這些能源呢？“我們正在研究利用球結構中珠子的滾動來讓電來回流動。如果說一個球能發10毫安電，山東省大小的面積一米深的水發的電將是中國總能耗的1.6太瓦，而且是很穩定的直流輸出。”

納米發電機的另外一個領域就是驅動傳感。

對于人工智能領域來說，最重要的就是如何傳感數據，王中林院士研發了一款自驅動傳感裝置。例如，每個人敲字的動作是不一樣的，力度也不一樣，利用自驅動傳感裝置，對個人敲鍵盤的信號進行分析，如果換到另外一個鍵盤，會立刻識別打字人的身份，準確度達到97%。

“目前化石能源仍舊是我們固定應用的能源，隨著分布式移動式通訊的發展，可以通過有序的化石能源解決部分無序問題，也可以用無序小能源解決無序問題。”王中林院士表示，許多納米發電機領域的新技術已應用于商業。“我們希望未來走向更多的產業應用。”

小Tips

埃尼獎（Eni Award）是世界能源領域最權威、最負盛名的獎項，與計算機界的圖靈獎、數學界的菲爾茲獎及沃爾夫獎等并稱為領域性的最高獎項。

王中林教授的獲獎理由為“（王教授）開發了‘摩擦納米發電機’裝置，憑借這個裝置，自然中的能量，大到海洋中的波浪，小到肌肉收縮或者血液流動，都可以被轉化為高產的電能，這極大地拓展了能源提取及生成的可能覆蓋范圍”。

摩擦起電大概是從古希臘時人們就知道的物理現象，但是直到現在也常常被認為是一種負面效應而被極力避免。

2012年王中林教授及其團隊首先發明了摩擦納米發電機（triboelectric nanogenerator，后簡稱 TENG），利用摩擦起電效應和靜電感應效應的耦合將微弱的機械能轉換為電能。其可以在低頻條件下（< 5～10Hz）產生其他同類技術無法比擬的效能。這樣，日常生活中往往被浪費掉的各種機械能，將可以被收集起來并轉化成電能。

TENG 具有四種基本的工作模式，分別為：(a) 垂直接觸-分離模式， (b) 水平滑動模式， (c) 單電機模式，(d)自支撐摩擦電層模式。

圖|TENG 的四種基本工作模式（來源：參考）

基于上面的四種模式，王中林教授及團隊制備了不同結構的 TENG，用以收集不同形式的機械能，從而實現高效的能量轉換。

圖|通過 TENG 收集腳踏能量點亮 LED 燈泡（來源：參考）

TENG 因其輸出率高、重量輕、成本低、易制造且體積小的優勢，有著廣闊的商業化前景，還可以通過跟其他電池、能源技術相結合，將我們身邊浪費掉的機械能轉化為電能，從而滿足我們日益增長的能源需求。