納米和能源有什么關聯(lián)?納米技術可能帶動能源新的革命?十一屆埃尼“前沿能源獎”對納米發(fā)電機應用于新時代能源的前景給予充分肯定，并將該獎授予中國科學院外籍院士、歐洲科學院院士、中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長王中林，這也是對其“納米發(fā)電機之父”地位的認可。

埃尼獎(Eni Award)被譽為世界能源領域的“諾貝爾獎”， 與計算機界圖靈獎、數(shù)學界的菲爾茲獎及沃爾夫獎等并稱為各自領域的最高獎項。王中林院士的獲獎成果將會給能源帶來怎樣的影響?十幾年的研發(fā)背后又有哪些不易?帶著這些問題，《中國能源報》記者專訪了這位“納米帝國”的領軍型科學家。

納米發(fā)電機，

將周圍低頻能量轉化為電能

中國能源報：埃尼獎組委會于7月23日將埃尼“前沿能源獎”授予您，表彰的是哪方面的研究成果?

王中林：這次埃尼獎主要表彰我基于納米發(fā)電機的理論和技術的一些前沿科研成果，是對我發(fā)明納米發(fā)電機和開創(chuàng)自驅動系統(tǒng)與藍色能源兩個原創(chuàng)領域的肯定，以及對納米發(fā)電機應用于物聯(lián)網、傳感網絡、環(huán)境保護、人工智能等能源和傳感領域的肯定。

中國能源報：什么是納米發(fā)電機?您帶領團隊研發(fā)的納米發(fā)電機有哪些原創(chuàng)性優(yōu)勢?解決了哪些難題?

王中林：納米發(fā)電機，是基于規(guī)則的氧化鋅納米線的納米發(fā)電機，可在納米范圍內將機械能轉化成電能，是世界上最小的發(fā)電機。我們的納米發(fā)電機成果是原創(chuàng)。首先，納米發(fā)電機理論是完全原創(chuàng)的，不同于傳統(tǒng)電磁發(fā)電所利用的是傳導電流，納米發(fā)電機用的是麥克斯韋提出的位移電流。前者是我們現(xiàn)在大能源的基石，后者則應用于分布式能源，它是繼法拉第電磁感應定律后180年來第二個把機械功轉為電工的有效方法。此外，我們還有原創(chuàng)的學科——壓電電子學和壓電光電子學;原創(chuàng)的技術——摩擦納米發(fā)電機和自驅動系統(tǒng);原創(chuàng)的概念——我們將納米發(fā)電機統(tǒng)稱為“新時代能源”，即應用于物聯(lián)網和傳感網絡時代的分布式、移動式、功率小但數(shù)量多的小電源網。這些理論、學科、技術和概念，都是我們首次提出，在這個領域我們引領世界。

這些理論和技術解決的最大難題，就是有效利用環(huán)境中低頻能量，并將其轉化為電能，提供了新的途徑。傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機需要很高的頻率才能發(fā)電，將低頻能量轉化為電能是不可能的。而生活中最廣泛最常見的卻是小于5-10赫茲的低頻能量，其實，我們可以利用周圍環(huán)境中的一動一靜發(fā)電。納米發(fā)電機理論的誕生就為人類有效利用這些環(huán)境中的低頻能量從物理方面打通了途徑。

從技術應用的角度來看，我們的理論解決了系統(tǒng)器件嚴重依賴外接電源或者電池的難題，可以實現(xiàn)自我攝取周圍能量并轉化為電能，實現(xiàn)自供電、自驅動，這個應用就非常廣泛了，可以為物聯(lián)網、傳感網絡、大數(shù)據時代工業(yè)器件提供分布式移動式電源，為物聯(lián)網時代的到來提供全新的、可能的能源供給方案。

藍色能源，

從“小能源”到“大能源”的“殺手性”應用

中國能源報：您提出的“藍色能源”構想是基于怎樣的考慮?

王中林：納米發(fā)電機區(qū)別于傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機，它的優(yōu)勢就是能夠將環(huán)境中的低頻能量轉化為電能，比如人的走路跑步、心臟脈搏的跳動……后來，我看到大海的潮汐波動，對著波浪的無規(guī)則晃動，我就想，我們的納米發(fā)電機是不是也可以收集起這些不規(guī)則的低頻能量，將之轉化為電能?

基于此，我在2014年提出了“藍色能源”的概念。可以說，這個概念的提出是我對納米發(fā)電機理論在技術層面不斷思考和研究的結果，它有望解決人類無法大規(guī)模利用波浪能的難題，也是將納米發(fā)電機從“小能源”邁向“大能源”的“殺手性”應用。

中國能源報：何謂“殺手性”應用?

王中林：簡單來說，“藍色能源”技術的基本原理就是制作一種由眾多摩擦發(fā)電球構成的大型網格納米發(fā)電機，分層放置在遠離海岸和航道的深水區(qū)，不會影響近海的人類活動。理論測算，對于山東省面積大小的一片海域，如果在10米深的水中布滿這種發(fā)電網格，其發(fā)電量可滿足全世界的能源需求。

現(xiàn)在我們團隊在前期研究的基礎上，技術研發(fā)取得了更好進展，而且利用的材料價格低廉，適用于大規(guī)模生產和商業(yè)化。對此，我們充滿信心。

中國能源報：在納米發(fā)電機研發(fā)過程中，您最大的觸動是什么?

王中林：納米發(fā)電機從2006年開始研發(fā)，到現(xiàn)在差不多已經12年，在這12年中，我們的科研也面臨過很多困難，甚至受到諸多質疑。但我們堅定信念，每一步都留下了堅實的足跡。

印象深刻的事情很多，但感受最深的不是具體事件而是對原創(chuàng)的深刻理解和感悟。我們總是關注和強調原創(chuàng)，那么什么是原創(chuàng)?我想，不一定每個學者都能有這么深刻的領會。我認為，原創(chuàng)就是——別人沒想到，你想到了;別人想到了但是沒做，你做了;你做后別人認為不對、不正確，你卻堅持做下去了;別人說你做的沒意義，你還是堅持了;你堅持過程中遇到失敗，面對嘲笑和諷刺，還在堅持，并最終取得成功。這個過程一般要10-20年，甚至更長。所以，原創(chuàng)一般來說都是在質疑甚至抨擊中做出來的，一開始就被看好的基本上不會出現(xiàn)重大原創(chuàng)。這是我在研發(fā)納米發(fā)電機技術的過程中印象最深刻的感受，真是“千里走單騎”。現(xiàn)在，全世界有40多個國家和地區(qū)、400多單位、3000多科研人員在從事納米發(fā)電機的研究和應用，走在最前面的是我和我的團隊。

前景可期，

有望成就自驅動系統(tǒng)

中國能源報：您的研究成果要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)還有哪些問題待解?

王中林：由于納米發(fā)電機對材料要求不高，成本低廉，而且理論和技術日益成熟，因此產業(yè)化前景會非常好。我們的科研成果基本都是面向社會應用的，很接地氣，已經獲得了150余項專利，這些專利基本上都可以很快實現(xiàn)產業(yè)化應用。但我們是科學家，科研是我們的專長，搞產品和做市場是我們的短板。即便如此，我們的產業(yè)化也取得了初步的成功，比如我們利用摩擦電空氣凈化技術入股成立的中科納清科技股份有限公司，生產的全新技術模式的摩擦電口罩和新風系統(tǒng)等，都初步被市場認可。

從產業(yè)化實踐來看，我們認為科研成果轉移轉化，一方面需要政府牽線搭橋和必要的政策支持;另一方面也需要給科研人員充分的自主權，激發(fā)大家的積極性。

中國能源報：團隊今后的研發(fā)重點有哪些?

王中林：下一步，我們將重點研發(fā)摩擦電空氣凈化系統(tǒng)在治理汽車尾氣污染方面的應用，重點推進藍色能源技術的開發(fā)和應用。還將進一步研發(fā)大規(guī)模傳感陣列、自驅動智能鍵盤、可穿戴柔性自供能模塊、無線自供電監(jiān)測系統(tǒng)、自驅動醫(yī)療器件及柔性電子皮膚等方面的應用。

中國能源報：您的研究成果將為能源領域帶來哪些變革?

王中林：我對我們的科研成果在能源方面的應用前景充滿自信。

首先，隨著人類社會向物聯(lián)網、傳感網絡和大數(shù)據時代的邁進，不僅需要傳統(tǒng)的大能源，也越來越需要基于納米發(fā)電機的小能源，這些小能源將與傳統(tǒng)大能源相輔相成，為人類社會帶來更全面、更可靠的能源供給途徑和方式。

其次，我們的藍色能源也會為“大能源”開辟新的領域，人類大規(guī)模開發(fā)利用浩瀚海洋的波浪能和潮汐能，我想已經不是遙不可及的夢想了。

最后，隨著納米發(fā)電機技術的成熟和推廣，我相信未來的電子器件將會越來越多地擺脫對外接電源的依賴，自驅動系統(tǒng)將為人類電子器件走向分布式、獨立式、微小化、多樣化開辟廣闊的前景。