王中林group 美国佐治亚理工学院Hightower终身讲席教授王中林主旨演讲
美国佐治亚理工学院Hightower终身讲席教授王中林
2015年9月23日(上午)第32届国际科技园协会世界大会在国家会议中心召开,会议上美国佐治亚理工学院Hightower终身讲席教授王中林进行了主旨演讲,题目为《纳米发电机——从微纳能源到大能源》。以下为会议文字实录:
王中林:女士们、先生们,大家早上好。我很荣幸能有这个机会给大家讲一个其实还蛮技术方面的主旨演讲,我希望大家能给我一些新的灵感,在听完我的演讲之后。
我今天会跟大家讲的其实和能量有关,能量对于我们未来来说的智能社会是有关联和联系的,国际科技协会一直致力于技术的创新和更新,这对整个产业园有非常重大的意义,包括我今天还会讲到关于它对整个医疗来说有什么样重要的应用。所以,我在之后的都会为大家讲到。
当我们说能量,其实我们但凡能想到的整个社会上比如环境、气温的变化,包括沟通、国防,所有的这一切,日常所用到的、沟通到的、接触到的,能源都是其中的重中之重,这也是我们每天所有人都关心的一个话题。
我们说到能量,首先想到的就是非常大型的,但也有非常小型的能量。就能量来说,大的也有存在,纳米就是微小型,但是小型也是存在这样的能量,也是和沟通有关和传感器有关,我们常说的大数据现在也会牵扯进来了。当我们今天说到现在的社会,所有事情都要靠人与人之间、物与物之间都要靠沟通,所以我们说有物联网的概念。
到2020年,预计会有19万亿的价值,是由物联网创造的,我们生活的每一个方面都会但凡牵扯到沟通或者运输,或者环境,都能够想到物联网的作用。
所以,对于我们来说,这也是非常重要的,我们现在也是在不断的进行攻克。想到物联网,在万亿计的沟通了,大家靠这个沟通和连接,现在来说,90%的物联网都是行不通的,我们要找新的方法,要找一个新的体系,叫SPS,是一个自我充电的系统,怎么叫SPS就是这样一个设备,在环境中收集所有的能量,然后进行自我发电,是自我发电纳米的技术了。
所以,是可以从整个的环境中、从整个建筑中,从不同的方面,可以对我们日常生活产生影响,来自我发电和方便人们的生活。
人们每天都用很多的能量,有很多事情、很多的活动都会产生电,可以看到很多的运动,包括肢体的伸缩都可以产生能量。这些小型的设备其实都是通过我所叫的纳米发电机可以进行发电。
我今天给大家讲的就是这样一个摩擦发电,摩擦起电大家并不陌生,但是我们今天给到一个新的应用的办法。我先给大家看一个影片,大概是2012年的时候,当时发现了这样一个现象。我们当时发现了这个现象,为我们整个新的纳米发电机通过摩擦发电新的应用,大家可以看到这两个材料接触在一起,摩擦发生电,这两个电极的上下不断的进行摩擦,这样一个小型的通过不断地摩擦,就能够形成摩擦发电的纳米的发电机。
给大家播放一个小片子,这是一个非常小的设备,可能收集到环境的东西摩擦起电,通过纳米发电机产生电。
其实来说,我们所有用的东西,体积是很小的。可以看到影片里面,踩在地下可以产生电,我们用在安保上都是可以的。另外,我们叫做线性滑动的模式,这是我一个学生正在做的实验,他来回的滑动,可以产生这样一个小型的电,这是刚才给大家讲的两种的形式。
它的用途比如和穿戴的,可以拉伸的设备做这样一个电源,可以把它放在鞋的中底里面,在走动的时候就可以自我产电。
如果放在鞋里,当大家走路的时候有一个无线传播,几米之外都可以传电的,可以戴在身上,可以放在胳膊上,还可以充电,在充电的可以监测我们的心跳。这个学生正在跑,他的心跳可以测出来,然后可以无线传到他的手机里。
另外,我们还可以用在整个医学的用途上,其实医学用途上很多都是讲到可植入性。我们还是用小白鼠做的实验,看看小白鼠的心跳,会植入一个心跳节奏的起搏器,可以进行测量,还有可以测它的骨头的生长。
从这张图上来看,是三个不同的对比,可以通过整个数量和整个成像,其实我们可以用这样一个纳米做整个恢复和治理型的治疗。还有就是面料和材料,以纤维为基础做成这样一个衣服或者面料,这样的话我们就可以在不断地走动摩擦中产生电。
给大家看一个小片子,右上边讲的是环境,风能是非常重要的,但是风能必须要用大型的设备,但是可以看到现在新的一个科技,就是在家里面的风或者在城市中感受到的风,对于这样一个智能城市来说,对是小城市都是可用的。
另外,像纸都可以产生产生电的材料,比如中国的国旗,还比如开车的时候国旗会随风飘,如果收集到这样一个能量,如果旗飘的话,旁边有一个中国的小牌子,这个小牌子上的灯就会亮,通过旗子随风摆动的能,收集到摆动,到整个发电机里,自动产生电能,让这样一个小灯能够亮起来。
我也给大家看一个动图。这其实是纸质的,我们可以用它做更多的声音的采集,我们手机也可以录音,这样的话,也是通过不断环境中的声音,可以做我们整个发电的源头。现在我们做的是手机充电,收集的就是声音,转化成电,给手机充电,这都是我们现在在做的实验。如果用这样一个科技,大家可以看到我们这个图里给大家展示的叫做防腐蚀的表面,在一个金属的表面用到纳米的结构是可以防腐蚀的。
另外环境,对于环境来说,我们现在的环境非常不好,我给大家看一个例子,在这里怎么治理环境。就汽车来说,它会排放尾气,可以用汽车排出来的东西来驱动整个的发电机,然后降低PM2.5的排放。这里面出来的气体,可以监测PM2.
5,PM2.5大概是1000,这要比整个标准高很多,如果我们要是用整个排放,通过整个转换,安上这样一个装置,会把整个的PM2.5滤掉将近99%,我们现在再测一下PM2.5个数值,现在可以看到从1000下到了20,快40倍。
我们可以通过它进行环境的治理,还有就是整个能量的储存。充电器想要在什么地方使用,都可以,通过采集的设备,像图上展示的原理,所有的这些计算器都可以用这些不断在外部各环境中收集到的能源转化成电能,使计算器可以使用。我们用拍桌子的方式,给这个设备充电,把车点起来,门会开,车离我们的设备有30米的距离,在未来其实这个距离可以更远,通过物联网可以使这个距离更长。
我们刚才说的是小型的,现在再来看看大型的能量的采集,我叫它蓝能量,因为海水是蓝色的,所以我们叫它蓝色的能量。到底我们有哪些是可以从大海中,比如海洋的起伏可以收集到能量。根据人的每一天活动,包括日常生活,我们想到很多有哪些可以给大家带来福祉的。
我们的好处在于设备非常的轻、非常小,之前传统的体积非常大,而且非常沉重,但是对于我们来说,用的是非常便宜的材料,体积非常小,但产生出来的能量会更好,这就是为什么我们一直致力于推广这个科技和技术。
可以把水波的高低起伏收集它,产生电,图里面这样收集到的海浪起伏,可以让这个旗子飘起来。我们把它水能转变成电,这已经闪起来了,灯已经亮了。对于海洋来说,其实海洋的面积非常大,其实我们地球来说有很大一部分面积都是海洋,这是非常好的资源,我们可以更好的运用。
大家可以看到我们有一个球,在海浪的运动,我们把它收集起来,采集它,可以把这样将近一公里海洋的面积,都转变成电能,而且转变成电能的话功率很大,因为海洋不受任何的限制,是日夜都会有,所以对我们来说这是一个非常好的蓝色的能量。还可以看到一个球形的,大概棒球大小,右上角有一个动图,不同的公里可以产生更大、更多的功率电能。蓝能量的概念可以运用到非常广泛的方面。
用一些小的球,比如棒球大小,海浪打上来可以收集能量,这已经慢慢运用到实际生活当中了。比如我们谈到了城市的交通,我们可以把感应器埋在路里面,每一辆车经过的时候,我们可以知道它们的位置,可以更好的控制整个交通的状况。
通过手的不断地运作,任何的一个物品,一维、二维都可以监测到,也可以追踪到,也可以测到人们日常生活的状态。这是2×2的一个大小,看我们用手拍的时候,拍的时候可以产生一个信号,然后会产生电,可以看见闪光,其实不需要其他的东西,完全可以通过这个方式就可以自主产生电,这是在我们学院做的实验。
可以把纸卷起来,有灯光在闪,大家都会用到键盘,通过键盘可以操作电脑,如果要是把键盘上面安装纳米的组织,就可以使键盘更加智能。
给大家看一个实验,我们有三个学生打字,可以看到三个完全不一样的结果,没有人完全一样,做这个可以做非常高科技、智能的东西。因为打字的习惯在系统里认可的习惯不一样,对于键盘来说,平时都会输入这个密码,但电脑识别的是打字的习惯,所以就算是有人知道你的密码,如果打的不一样,电脑是不识别的,所以可以看到最终是谁当时输入的、电脑认可的才可以最终开锁这个电脑。
这是非常、非常个人的保护隐私的方式,如果不是这样一个电脑识别的打字习惯是没有办法开锁的。
我们可以用这个进一步控制机器人,就这个感应器来说,也有更多人与物、人与机、人与环境的媒介和好的沟通。当然,材料特别贵,但所有来说都是我们日常生活中可以看到的,也是因为有了这样一个纳米的结构和方法,使它更好的运用。像我刚才讲到的关于材料,所有这些东西,其实都是可以收集然后产生电的,这在我们日常生活中很寻常看见的。
我们再来说效率问题,电量的转换率在50%,所以效率是非常高的,对我们来说也带来很多的好处,我们也有这样一个未来的路线图。自从我们前年发明这个技术以后,关注的是小的感应器网络的发电装置,以便能对我们的环境、基础设施、交通等等其他东西的监测,和现有的技术进行整合。
除此之外,可以推广到大规模的新能源,满足大型规模能源的需求。因此,我们可以从微纳米级到大型能源利用,完全可以适用或者满足对能源的需求,我们的想法可能是革命性的,同时给我们提供诸多的机会。
什么叫纳米能源发电机,可能从来没有听过,但实际上在此过程之中,科技园是一个非常重要的孵化器,可以帮助我们达到新的技术和新的理念,给我们新的技术和新的理念提供非常好的平台,促进这方面的知识创新。我觉得中关村在这方面是促进创新的不二之地,也会得到中关村支持,促进纳米级能源发展,我相信这种技术可以覆盖各个领域的应用,而且有非常广泛的影响,覆盖不同的材料,包括不同的应用的成果及电子设备,我们希望在未来几年有了中关村科技园、北京市政府以及中国科学院相关支持,我们可以作出更多的创新,以便给全球的科技园带来一些新的东西。
