鞋内装上一个"纳米发电机"，人们一边走路一边便可给手机充电。在不久的将来，这将有望成为现实。

王中林

 

美国《科学》报道，美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林等成功地在纳米尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。正在北京的王中林在接受《科学时报》采访时说，“这是我在这个研究领域10多年最让我激动的发明。”

提出颠覆性海洋能采集方式

王中林另一项备受瞩目的研究是海洋蓝色能源技术，被评选委员会称为“有可能从海浪中获取大量能源以解决世界未来的能源需求。”

蓝色能源与传统绿色能源相比，拥有地理分布上的优势，海洋覆盖了地球70%的表面。但利用海洋能发电研究领域一直进展缓慢，海洋波力发电开发困难重重。

海洋能的采集主要基于电磁感应的原理，利用海洋水流冲击形成线圈对磁感线的切割来产生电能。然而，构成传统电磁感应机的是重的磁铁和线圈，放到水中后会往下沉，不能自然地浮在水体表面，除非从海底建立支撑塔架，但这样会加大工程的难度和代价。由于海浪上下翻腾的不规则运动，使得传统的电磁发电机难以收集波浪能。

 

蓝色能源梦想是网状联结数以百万计的可捕获低频海波能量的摩擦纳米发电机。本图是网络状虚拟结构图，右上角是设计的球形纳米发电机。图/中国科学院北京纳米能源与系统研究所网站

王中林利用摩擦纳米发电机的原理，为收集利用海洋能源提供了新的解决方案。摩擦纳米发电机的输出效率远高于电磁发电机，非常适用于收集蓝色能源，在缓慢流动和随机方向的波流条件下能够稳定输出功率。

“我们将摩擦发电机做成了球形，像网球一般大小。通过球中套球，外层的球在水中随波浪晃来晃去，里边的球也随波动晃来晃去，就会产生发电所需的能量。并且因为它是球体，所以是无规则的，哪个方向都可以。通过发电球积少成多的规模效应，收集波动能量并发电的可能性大大提高了。”

研发无需电池的自驱动心脏起搏器

2012年，王中林带领团队构建了全新的纳米器件“摩擦纳米发电机”。小巧的“摩擦纳米发电机”可以把人走路、说话、心跳，肌肉收缩等运动中由摩擦产生的能量收集起来，转换成电能，为一些设备供电。未来很多装置在身体中的医疗器械就不再需要电池了，因为自驱动本身就是一种可以实现自己发电的技术。这一技术还可以推广使用在安防和老年人监护等方面。

利用纳米技术可以把环境中无时不有处处有的能量转换为电能来带动一些小型的电子器件，就可以制造出自驱动的微纳系统。图/中国科学院北京纳米能源与系统研究所网站

 

今年年初，国际顶级学术期刊《自然—通讯》（Nature Communications）发表了一篇论文，介绍了王中林及其同事联合研发的一款可植入式自驱动心脏起搏器：无需电池供能，仅从心脏搏动中就能收集足够的能量，确保心脏起搏器工作。这意味着，患者不必再为更换电池失效的起搏器遭受多次手术之苦了。中美科学家团队在猪体内证实，他们的可植入系统不仅可以进行心脏起搏，还能纠正窦性心律不齐。

爱因斯坦世界科学奖评选委员会称，王中林在纳米发电机和自供能系统研究方面做出了影响深远的开创性贡献，使人类从环境和生物系统中获取能量这一全新的技术成为现实。

背景：爱因斯坦世界科学奖，每年仅一人获奖

爱因斯坦世界科学奖以伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦的名字命名，象征着国际科学界的崇高荣誉，由世界文化理事会（World Cultural Council）设立。该奖项从1984年开始每年颁发1次，每次获奖人数仅为1人，目的是表彰和鼓励世界科学技术领域的重大研究进展，授予为人类带来福祉的杰出科学家。

 

该奖获奖人由来自50个国家和地区的124位世界著名科学家组成的跨学科委员会选出，委员会成员包括25名诺贝尔奖得主。

之前已有35名科学家获得此奖项，其中包括4位诺贝尔奖得主,即：1995年诺贝尔化学奖得主Sherwood Rowland,1999年诺贝尔化学奖得主Ahmed Zewail,2001年诺贝尔医学奖得主Paul Nurse和2016年诺贝尔化学奖得主J. Fraser Stoddart。

此外，世界文化理事会还每两年评选一次“爱因斯坦世界艺术奖”、“爱因斯坦世界教育奖”。三个奖项总计已产生了74名获奖人，尚无华人获此殊荣，王中林教授此次获奖开创了华人获得该奖的历史。

纳米发电机的发明，被中国两院院士评为2006年度世界科学十大科技进展之一；2008年，被英国《物理世界》评选为世界科技重大进展之一；2009年，《MITTechnologyReview》评选为十大创新技术之一;《ScienceWatch》在有关能源和燃料的一刊中重点报道了王教授发明纳米发电机的过程和重大意义；英国《新科学家》期刊把纳米发电机评为在未来十到三十年以后可以和手机的发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一。