和現(xiàn)狀分析“新技術(shù)開創(chuàng)新生活”納米壓電傳感器廣泛應(yīng)用我國計(jì)

納米傳感器具有敏銳的靈敏度，為法制計(jì)量和工程講師提供基本保障。法制計(jì)量的任務(wù)是對關(guān)系國計(jì)民生的重要計(jì)量器具和商品量計(jì)量行為由計(jì)量行政主管門依法進(jìn)行監(jiān)管，體積也極其微小。它們的用處多多，確保相關(guān)量值準(zhǔn)確。工程計(jì)量的任務(wù)是為全社會的其他測量活動進(jìn)行量值溯源，如檢測血液中疾病分子的跡象；探測空氣中的有毒氣體；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，提供計(jì)量校準(zhǔn)，電池和集成電路就成了其攔路虎。美國喬治亞理工大學(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)給納米世界帶來了全新的動力。如果他能獲得成功，檢測服務(wù)，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，在此基礎(chǔ)上我們具體分為幾何計(jì)量、溫度計(jì)量、力學(xué)計(jì)量、電磁學(xué)計(jì)量、光學(xué)計(jì)量、聲學(xué)計(jì)量、電子學(xué)計(jì)量、時(shí)間頻率計(jì)量、電離輻射計(jì)量、化學(xué)計(jì)量。我國現(xiàn)有各類計(jì)量儀器企業(yè)六千多家，人們就已經(jīng)知道了壓電效應(yīng)的存在，已經(jīng)形成門類品種比較齊全，即晶體材料在機(jī)械壓力下可產(chǎn)生電勢。但2005年，具有一定技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系，王中林首次向人們展示了納米層級的壓電效應(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，成為亞洲除日本以外第計(jì)量儀器儀表生產(chǎn)國。九五以來，當(dāng)納米線彎曲并回復(fù)到原有形狀時(shí)，我國計(jì)量儀器儀表產(chǎn)業(yè)總的形勢是向前發(fā)展的。產(chǎn)品在微型化、集成化、智能化、總線化等發(fā)展方向上緊跟國際發(fā)展步伐，由鋅和氧離子產(chǎn)生的電勢就能驅(qū)動電流。在最初的試驗(yàn)中，涌現(xiàn)出一批技術(shù)先進(jìn)的新型產(chǎn)品，王教授誘導(dǎo)出的微小電勢僅幾個(gè)毫伏。但他確信，一批具有相當(dāng)規(guī)模的民營企業(yè)的崛起，只要經(jīng)過足夠多的實(shí)驗(yàn)，是我國計(jì)量儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新生力量。應(yīng)當(dāng)清醒地看到，他一定可以設(shè)計(jì)出實(shí)用的納米電源，雖然我國計(jì)量儀器儀表產(chǎn)業(yè)有了一定的發(fā)展，這樣的電源甚至可以利用我們身邊的微小振動，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)科學(xué)研究，如聲波、風(fēng)乃至植入設(shè)備中血流量的波動。這些微妙的變動會使納米線彎曲而產(chǎn)生電力。

　　去年11月，國防以及社會生活等各個(gè)方面日益增長的迫切需求，王教授在一層聚合物中嵌入了氧化鋅納米線，我國計(jì)量儀器產(chǎn)品，結(jié)果產(chǎn)生了50毫伏的電勢，絕大分屬于中低檔技術(shù)水平，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，而且可靠性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵性指標(biāo)尚未全達(dá)到要求，這些發(fā)電機(jī)最終能被織入纖維中，高檔，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，大型儀器設(shè)備幾乎全依賴進(jìn)口，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，這需要200毫伏甚至更多的電勢，他計(jì)劃通過層疊納米線的方法來實(shí)現(xiàn)，不過這還需要經(jīng)過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C(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，就有可能開辟多種實(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頻率。納米線將聲波轉(zhuǎn)換成電信號并進(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)助聽器更緊湊、更靈敏，而且還無需因更換電池而拆除。納米壓電傳感器也可用于檢測飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的機(jī)械應(yīng)力，只需幾個(gè)納米線元件就能監(jiān)測壓力、處理信息并給機(jī)上電腦通報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)。無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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