的需求新技術(shù)開(kāi)創(chuàng)新生活 納米壓電傳感器被廣泛應(yīng)用發(fā)展儀

納米傳感器具有敏銳的靈敏度，關(guān)鍵核心技術(shù)匱乏，體積也極其微小。它們的用處多多，低水平重復(fù)，如檢測(cè)血液中疾病分子的跡象；探測(cè)空氣中的有毒氣體；追查食品中的污染物等。但要將這些設(shè)備做到完全小型化，產(chǎn)品的穩(wěn)定性及可靠性得不到根本的解決，電池和集成電路就成了其攔路虎。美國(guó)喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)家王中林教授利用壓電技術(shù)發(fā)明的微型發(fā)電機(jī)給納米世界帶來(lái)了全新的動(dòng)力。如果他能獲得成功，在高端精密儀器上仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口，生物和化學(xué)納米傳感器今后將能自己給自己供電。
　　早在一個(gè)世紀(jì)前，大量進(jìn)口對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成不利影響。 科學(xué)儀器是典型的技術(shù)密集型性產(chǎn)業(yè)，人們就已經(jīng)知道了壓電效應(yīng)的存在，而涉及重大科技前沿、國(guó)防等敏感領(lǐng)域的重大科學(xué)儀器設(shè)備其核心技術(shù)是買不來(lái)的，即晶體材料在機(jī)械壓力下可產(chǎn)生電勢(shì)。但2005年，這也決定了科學(xué)儀器設(shè)備產(chǎn)業(yè)是性產(chǎn)業(yè)。將科學(xué)儀器自主創(chuàng)新擺在突出的位置朝前署，王中林首次向人們展示了納米層級(jí)的壓電效應(yīng)。他用原子顯微鏡的探針針尖去彎曲單個(gè)的氧化鋅納米線，對(duì)增強(qiáng)一個(gè)的科技實(shí)力、引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大?！笆濉逼陂g，當(dāng)納米線彎曲并回復(fù)到原有形狀時(shí)，我國(guó)將把引領(lǐng)和支撐科技發(fā)展的科學(xué)儀器設(shè)備自主創(chuàng)新擺在優(yōu)先發(fā)展位置。 第一，由鋅和氧離子產(chǎn)生的電勢(shì)就能驅(qū)動(dòng)電流。在最初的試驗(yàn)中，前沿重大科學(xué)儀器設(shè)備。將依據(jù)我國(guó)在世界新一輪科技中的署，王教授誘導(dǎo)出的微小電勢(shì)僅幾個(gè)毫伏。但他確信，研發(fā)若干具有國(guó)際領(lǐng)先水平的重大科學(xué)儀器設(shè)備，只要經(jīng)過(guò)足夠多的實(shí)驗(yàn)，有效支撐我國(guó)開(kāi)展世界一流科學(xué)研究、有特色科學(xué)研究，他一定可以設(shè)計(jì)出實(shí)用的納米電源，帶動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 第二，這樣的電源甚至可以利用我們身邊的微小振動(dòng)，高端通用科學(xué)儀器設(shè)備。將集中力量，如聲波、風(fēng)乃至植入設(shè)備中血流量的波動(dòng)。這些微妙的變動(dòng)會(huì)使納米線彎曲而產(chǎn)生電力。
　　去年11月，重點(diǎn)突破一批我國(guó)需求量大、嚴(yán)重依賴進(jìn)口、價(jià)格昂貴的科學(xué)儀器設(shè)備，王教授在一層聚合物中嵌入了氧化鋅納米線，攻克若干科學(xué)儀器設(shè)備核心技術(shù)和關(guān)鍵件，結(jié)果產(chǎn)生了50毫伏的電勢(shì)，帶動(dòng)重要領(lǐng)域科學(xué)儀器設(shè)備整體水平提升，這是在微型傳感器供電技術(shù)的上向前邁出的重要一步。
　　王中林希望，打破國(guó)外壟斷。 第三，這些發(fā)電機(jī)最終能被織入纖維中，常規(guī)通用科學(xué)儀器設(shè)備。將強(qiáng)化科技門(mén)統(tǒng)籌作用，這樣的一件襯衣所發(fā)出的電力足以給iPod這樣的隨身便攜設(shè)備充電。當(dāng)然，從現(xiàn)有各類科技計(jì)劃(專項(xiàng)、基金)或自由資金的科學(xué)儀器設(shè)備中擇優(yōu)，目前納米發(fā)電機(jī)的輸出功率太低，還做不到這一點(diǎn)。王教授說(shuō)，這需要200毫伏甚至更多的電勢(shì)，他計(jì)劃通過(guò)層疊納米線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)這還需要經(jīng)過(guò)5年到10年的精心設(shè)計(jì)。
　　與此同時(shí)，王中林已展示了新型納米傳感器的首個(gè)元件。他所稱的納米壓電技術(shù)利用了這樣的事實(shí)，即氧化鋅納米線既能展現(xiàn)出壓電效應(yīng)，同時(shí)又是半導(dǎo)體。第一個(gè)特性使得氧化鋅納米線扮演機(jī)械傳感器的角色，因?yàn)樗鼈儠?huì)對(duì)機(jī)械應(yīng)力作出反應(yīng)產(chǎn)生電力；第二個(gè)特性則意味著，它們可用于制作集成電路的基本元件，包括晶體管和二極管。不像傳統(tǒng)的電子元件，納米壓電元件不需要外電源，它們暴露在給納米發(fā)電機(jī)供電的同樣的機(jī)械應(yīng)力下時(shí)，自身就能發(fā)電。
　　一旦將納米壓電元件從外接電源的桎梏中解放出來(lái)，就有可能開(kāi)辟多種實(shí)際應(yīng)用。集成有納米發(fā)電機(jī)的一個(gè)納米壓電助聽(tīng)器就可以用到多根納米線，每一根可調(diào)諧到各種聲波的不同振動(dòng)頻率。納米線將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行處理，以便它們能直接傳送給大腦中的神經(jīng)元。這樣植入的神經(jīng)假體不僅比傳統(tǒng)助聽(tīng)器更緊湊、更靈敏，而且還無(wú)需因更換電池而拆除。納米壓電傳感器也可用于檢測(cè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)械應(yīng)力，只需幾個(gè)納米線元件就能監(jiān)測(cè)壓力、處理信息并給機(jī)上電腦通報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)。無(wú)論是在身體中還是在空中，納米設(shè)備最終將遍布我們周圍的世界。

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