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    内容提示： 2010 年 第 55 卷 第 25 期： 2472 ~ 2475www.scichina.com csb.scichina.com 英文引用格式: Wang Z L. Sustainable self-sufficient power source for micro/nano-systems: A new field in energy research (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2010, 55: 2472—2475, doi: 10.1360/972010-1295 进 展 《 中国科学》 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 微纳系统中的可持续自供型电源: 能源研究中的 新兴领域 王中林①② ① Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332-0245, USA; ② 华中科技大学武汉光电国家实验室(筹), ...

    文档格式：PDF | 页数：4 | 浏览次数：92 | 上传日期：2015-03-19 08:26:40 | 文档星级：
    2010 年 第 55 卷 第 25 期： 2472 ~ 2475www.scichina.com csb.scichina.com 英文引用格式: Wang Z L. Sustainable self-sufficient power source for micro/nano-systems: A new field in energy research (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2010, 55: 2472—2475, doi: 10.1360/972010-1295 进 展 《 中国科学》 杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 微纳系统中的可持续自供型电源: 能源研究中的 新兴领域 王中林①② ① Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332-0245, USA; ② 华中科技大学武汉光电国家实验室(筹), 武汉 430074 E-mail: zlwang@gatech.edu 2010-07-09 收稿, 2010-07-19 接受 国家自 然科学基金(40830636, 40671034)和中国科学院资源环境领域野外台站研究基金资助项目 摘要 自 从手提电脑和手机等个人可移动电子产品普及以后, 解决小范围的用 电显得格外重要. 我们目 前主要靠的是蓄电池. 在未来不久, 由于微纳系统的发展以及它们在原位人体健康的实时监测、 基础设施的监测、 环境监测、 物联网以及军事技术上的应用, 传统的利用 蓄电池来提供电源的方法将不能满足或不能适应传感器网络的工作环境和要求. 在 2005 年, 作者提出了 自 驱动的概念, 其根本是利用从环境中收集的能量, 通过能量转换来驱动这些微纳系统, 实现功率自 给. 本文介绍作为微纳系统中可持续自 供型电源的一种——纳米发电机的研究和未来应用. 关键词 自 驱动的纳米技术 纳米发电机 微纳系统中可持续 自 供型电源 传感器网络 物联网 传统的能源研究和开发主要可以分为五大方面: 大范围能源的产生和转换; 可持续绿色能源的开发; 电 力 的有效传输和智 能电 网 ; 电能的高密度储存; 有效节能技术和能源回收. 我们对电能的需求绝大部分集中在工业用电、 交通运输、 建筑、 家庭和办公用能. 这些对能源的需求可以靠大范围的电网来满足. 然而, 自 从手提电脑和手机等个人可移动电子产品普及以后, 解决小范围的用电显得格外重要. 我们目 前主要靠的是蓄电池. 在未来不久, 由于微纳系统的发展以及它们在原位人体健康的实时监测、 基础设施的监测、 环境监测、 物联网以及军事技术上的应用, 传统的利用蓄电池来提供电源的方法就有可能不能满足或不能适应具体的工作环境和要求, 原因如下: 其一, 微纳系统的尺寸越来越小, 将来限制整个系统大小的是电源而不是其他器件; 其二, 将来实现全方位的监测所用到的微纳系统的数目 和密度相当之浩大, 而且这些系统是可移动的, 利用更换电池的方案可能是不实际的或者不可取的; 其三, 驱动微纳系统 的功率源的功率非常之小, 一般都在毫瓦到微瓦级. 例如心脏起搏器的运转功率是大约 5 毫瓦, 蓝牙发射器的工作功率也是微瓦级. 如果我们把所有的驱动微纳系统的电源的总功率加在一起, 所需总电量也较小, 但这种特殊的能源是传统供电方法所不能满足的. 因此, 作者在 2005 年就提出了自 驱动的概念(self-powered nanotechnology)[1,2], 其根本是利 用从环境中收集的能量, 通过能量转换来驱动这些微纳系统, 实现功率自 给. 纳米技术是把系统和器件做得小, 例如纳米探测器、 纳米电动机, 而自 驱动是解决它们的能源需求. 我们称这种能源是一种微纳系统中可持续自 供型电源(sustainable self-sufficient power source for micro/nano-systems). 而今自 驱动的概念已经成为世界非常活跃的研究领域. 1 自 驱动微纳系统的运转模式和可行性 自 驱动的微纳系统将在生物传感、 环境和基础设施监测、 传感器网络和物联网中扮演重要的角色. 这

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