復合型納米發電機問世

能同時收集太陽能和機械能的復合型發電機問世

　　人類一直試圖讓設備自動從周圍環境中獲取能量。早在20世紀初，研究人員就通過不同的途徑研究此類設備。如今，美國佐治亞理工學院教授王中林的研究小組開發出能同時收集太陽能和機械能的復合型納米發電機，并首次實現了能同時收集多種能源的單一集成器件。這一較新的研究成果發表在《美國化學會志》網絡版上。

　　王中林、王旭東博士和博士生許晨等在他們2006年發明的直流納米發電機的基礎上，集成了染料敏化太陽能電池的功能。兩個發電單元都基于氧化鋅納米陣列，共用同一個金屬電極。此外，通過不同的設計及組裝步驟，太陽能電池和納米發電機可以實現串聯和并聯的集成方式。

　　迄今為止，人類所使用的太陽能電池和機械能驅動的發電機都是根據不同的工作原理設計的獨立器件。但是人類對能源的需求日益增加，迫切需要一種能全天候收集所有可用的各種形式的能源的技術，特別是太陽能和機械能。王中林小組的研究成果表明，他們研制出一種能同時收集太陽能和機械能的新型集成發電機。經過測試，這兩部分功能單元既能同時實現又能獨立且不受影響地工作。而且，通過兩種不同的串并聯設計，輸出電流、電壓及功率實現了明顯的提升。除此之外，該研究還發現太陽能電池單元的電壓輸出能夠大大提高納米發電機的輸出電壓。

　　王中林介紹說，在串聯集成發電機中，太陽能電池單元的陽極和納米發電機的陰極被集成在同一塊硅片上。在測試時，集成發電機置于模擬太陽光照下，其下部納米發電機單元處于超聲波發生裝置中。由于超聲波的驅動，氧化鋅半導體和金屬電極之間的肖特基勢壘（指具有整流特性的金屬—半導體接面）則能控制電荷的積累與釋放，實現機械能到電能的轉化，并產生了一個壓電電勢差，電子因此被注入中間電極中，同時又參與太陽能電池單元的氧化還原反應，因而增加了太陽能電池單元的電流輸出。

　　而在與之相類似的并聯集成發電機中，太陽能電池單元和納米發電機的陽極被集成在同一塊鍍鉑的硅片上。在同樣的測試條件中，并聯結構使電子在納米發電機肖特基勢壘區域積累，致使陰極陽極間的費米面能級被重新調整。實驗結果表明，并聯集成發電機可以將納米發電機的輸出電壓從幾個毫伏提高到幾百個毫伏，它提供了一種新的納米發電機儲能的方式。

　　王中林說，人類生存的環境里存在各種各樣的能量供我們開發利用，例如隨機振動或運動動能（例如在靠近公路的地方）、太陽能、溫度梯度勢能（例如在數米深的地下溫度梯度相對恒定）、生物化學能以及超聲波，甚至聲波噪音等外部能源。他們的這項新發明首次證明了同時收集多種能源的集成混合發電機是可行的，同時，該研究也開辟了高效地同時利用多種不同能量的研究領域。這將使人類無論何時何地都能更有效地利用任何可用的能源。

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