自驱动系统中的纳米发电机

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  • 印刷时间:2012年06月01日
  • 开 本:16开
  • 纸 张:铜版纸
  • 包 装:精装
  • 是否套装:否
  • 国际标准书号ISBN:9787030343970
  • 丛书名:纳米科学与技术
作者:王中林出版社:科学出版社出版时间:2012年06月 
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     王中林编著的《自驱动系统中的纳米发电机》内容介绍:纳米科技已经成为21世纪前沿科学技术的代表领域之一,其对经济和社会发展所产生的潜在影响,已经成为全球关注的焦点。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)会刊在2006年12月评论:“现在的发达国家如果不发展纳米科技,今后必将沦为第三世界发展中国家。”因此,世界各国,尤其是科技强国,都将发展纳米科技作为国家战略。

 
内容简介
我们生活的环境中充满了各种各样的能量,例如振动能、形变能、肌肉活动能、化学能、生物能、微风能、太阳能、热能等。如果利用纳米技术可以把这些无时不有处处有的能量转换为电能来带动一些小型的电子器件,就可以制造出自驱动的微纳系统。为了解决这个纳米技术中的瓶颈问题,2006年王中林小组成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能,研制出世界上最小的发电机——纳米发电机,并提出自驱动纳米技术的新思想。之后,世界上掀起了能量收集技术研究的热潮。过去的七年间,作者研究组在这一研究领域系统发表了一系列相关论文。为了给出一个关于纳米发电机发展的全面并且连贯的回顾与阐释,作者编写了这部专著,本书涵盖了这方面的基本理论、机理研究、工程放大以及纳米发电机的潜在应用。
全书共11章,内容系统、深入浅出、图文并茂,适合纳米科技领域及相关专业的广大科研工作者、大专院校师生参考阅读。
作者简介
王中林博士是佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授,中国科学院北京纳米能源与系统研究所(筹)首席科学家。他是中国科学院外籍院士和欧洲科学院院士。王教授荣获了美国显微镜学会1999年巴顿奖章,佐治亚理工学院2000年和2005年杰出研究奖,2001年S.T.Li奖(美国),2009年美国陶瓷学会Purdy奖,2011年美国材料研究学会奖章(MRS Medal)。王教授是美国物理学会会士(fellow),美国科学发展协会(AAAS)会士,美国材料研究学会会士,美国显微镜学会会士。王教授在氧化物纳米带与纳米线的合成、表征与基本物理性质的理解;纳米线在能源科学、电子学、光电子学和生物学方面的应用等方面做出了原创性的贡献。他对于纳米发电机的发明及在该领域发展过程中所取得的突破性进展为从环境和生物系统中收集机械能给个人电子器件供电这一思想提供了基本原理和技术路线图。他关于自驱动纳米系统的研究激发了世界学术界和工业界对于微纳系统电源问题的广泛研究,这已成为能源研究与未来传感器网络研究中的特色学科。通过在新型的电子器件和光电子器件中引入压电势控制的电荷传输过程,他开创了压电电子学和压电光电子学学科并引领其发展,这在智能微机电系统或纳机电系统、纳米机器人、人与电子器件的交互界面以及传感器方面具有重要的应用。王教授的著作已被引用超过50 000次,其论文被引用的h因子(h-index)是108。
目  录
《纳米科学与技术》丛书序
中文版序
第1章 绪论
1.1 纳米器件的电源
1.2 自驱动传感器网络和系统
1.3 机械能的收集
1.4 纳米发电机
参考文献
第2章 纳米发电机的基础材料
2.1 氧化锌的晶体结构
2.2 气-固-固法生长纳米线/纳米带
2.3 气-液-固方法生长纳米线阵列
2.4 脉冲激光沉积法制备纳米线阵列
2.5 化学法生长纳米线阵列
在线试读部分章节
第1章 绪论
1.1  纳米器件的电源 
在全球变暖和能源危机日益严峻的形式下,对于绿色可再生能源的探索成为维持人类文明可持续发展最为紧迫的挑战之一[1 ,2] 。在宏观能源方面,除了当今世界正在使用的石油、煤、水力、天然气、核能等为大家所熟知的传统能源之外,人们也在积极地研究和开发一些可替代能源,如太阳能、地热、生物质能、核能、风能、氢气等。在更小的尺度范围,植入式生物传感器、超灵敏的化学和生物分子传感器、纳米机器人、微机电系统、远程移动环境传感器、国土安全乃至便携式或可穿着个人电子设备等供能器件的独立、持久、长时间免维护连续运行等都对能源技术提出了非常迫切的需求。参见图1.1 。例如,纳米机器人将是一种可以感知环境、适应环境、操纵物体、采取行动并且完成一些复杂功能的智能机器,但是其中一项关键的挑战是如何找到一种电源在不增加太多重量的前提下驱动纳米机器人。又如,植入式无线生物传感器需要的电源是可以通过直接或间接地向电池充电来提供的。通常来说,电池的尺寸远大于纳米器件自身的尺寸,它决定了整个系统的大小。
在不远将来的研究将是如何把多功能纳米器件集成为一个纳米系统,使其像生物一样具有感知、控制、通信以及激励/响应功能。这种纳米系统不仅由纳米器件组成,还包括纳米电源(或纳米电池) 。但是纳米电池小的尺寸极大地限制了它的使用寿命。无需电池的自驱动技术对于无线器件来说是非常值得期待的一种技术,对于植入式生物医学系统来说甚至是必需的一种技术,它不仅可以极大地提高器件的适应性,而且可以大幅度地减小系统的尺寸和重量。因此,开发一种可以从周围环境中收集能量来驱动纳米器件的自驱动纳米技术成为当务之急[ 3] 。纳米技术的目标是建立一个自驱动的纳米系统,它具有超小的尺寸、超高的灵敏度、卓越的多功能性以及极低的功耗。因此,从周围环境中收集的能量足以为这一系统提供电源供应。
1.2  自驱动传感器网络和系统
纳米系统是多功能纳米器件的集成系统,具有感知、控制、通信和激励/响应等多种功能。系统的低功耗决定了可以从外界环境中收集能量来驱动这一纳米系统。对于那些独立、可持续工作、无需维护的植入式生物传感器、远程移动环境传感器、纳米机器人、微机电系统乃至便携式/可穿着个人电子器件来说,通常需要微瓦量级的功耗。参见图1.2 。举例来说,纳米机器人可以感知适应环境、操控物体、采取行动并完成一些复杂的功能,但一个关键的问题是找到一种可以在不增加太多重量的情况下驱动纳米机器人的电源。同时,自驱动传感器对于远距离油/气输运线的监控来说也是必要的。

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