利用单个手指敲动和一个小仓鼠跑动所带来的动力，纳米发电机就能输出交变电压，美国佐治亚理工学院教授王中林领导的研究小组日前开发出了由肌肉活动带动的纳米发电机，真正实现了只要身体能动就能发电的梦想。这一最新成果近期在线发表在《纳米快报》期刊网站上。
图示：
img: http://scitech.people.com.cn/mediafile/200902/17/F200902171116003024444391.jpg 单个手指微曲动和跑动的仓鼠所带动的纳米发电机输出交变电压（横轴为时间，纵轴为输出电压）。纳米发电机由一根直径1微米、长度50微米的氧化锌线构成，分别安装在指节上方和仓鼠背部。
2006年，王中林首次提出了压电电子学的概念和研究领域。由于氧化锌具有独特的半导体和压电性质，弯曲的氧化锌纳米线能在其拉伸的一面产生正电势，压缩的一面产生负电势。氧化锌半导体和金属电极之间的肖特基势垒则能控制电荷的积累与释放，从而实现从机械能到电能的转化，并有效释放。他的研究小组于2006年研制出第一代纳米发电机，之后相继发明出直流纳米发电机、纤维纳米发电机和交流纳米发电机。
以2008年发明的交流纳米发电机为基础，王中林和杨如森博士、秦勇博士等演示了如何利用手指敲动和大幅肢体运动等活体肌肉的活动来产生电能。这种纳米发电机由平放在弹性高分子薄膜衬底上的氧化锌纳米线和两端的电极构成。由于衬底的厚度远大于氧化锌线的直径，因此弹性衬底的弯曲变形会导致氧化锌纳米线沿轴向被拉伸或被压缩。在压电效应的作用下，压电电场沿着氧化锌线轴向建立并在线的两端形成电势差。由于纳米线的一端存在肖特基势垒，氧化锌线的来回弯曲使得此压电电势差驱动电子在外电路中的往复流动，因此可以为外接器件提供交变电能。
当交流纳米发电机工作时，氧化锌纳米线发挥着类似电容和电荷泵的作用，不断将机械能转换为电能。在最新研究中，将封装的交流纳米发电机固定在人的手指和仓鼠的背部。手指的轻微弯曲会弯曲弹性高分子薄膜，使之弯曲变形，从而拉伸或弯曲氧化锌纳米线，产生电能。剧烈跑动下的仓鼠背部也可以拉伸或弯曲氧化锌纳米线，从而实现从机械能到电能的转变。将一个或几个交流纳米发电机固定在一个弹性马夹上，然后给仓鼠穿上这个马夹，仓鼠的跑动带动马夹的拉动，马夹的拉动又会拉伸氧化锌纳米线，进而将这种跑动能量转化为电能。实验结果表明，在仓鼠跑动下工作的纳米发电机可以产生高达几百毫伏的电压。
王中林认为，新研究开辟了利用人体运动进行活体体内发电的技术路线。他说，人们的周围环境中存在各种不同运动强度、不同运动频率的运动形式，一般的压电材料只能收集具有某些特定频率且强度较高的机械运动能量，传统的发电机要求机械运动的强度必须大到足以带动转子的转动，所以只能用来收集比如人的腿部运动等高强度的机械运动。纳米发电机系列研究成果表明，以氧化锌纳米线为基础的纳米发电机可以用来有效地收集从低频到高频、从轻微运动到剧烈运动等各种不同形式的机械能，并且将其转化为电能。
