■ 驱动心脏起搏
2011年,有学生在测试一款纳米发电机时观察到5V的电压信号,起初大家以为这是一个误差——数值比预想的要高出一个数量级——但王中林觉得其中或许另有玄机。仔细研究发现,原来这次测试器件使用的材料表面比较粗糙,在实验中封装不稳,发生滑动,造成摩擦起电。王中林顿时想到:为什么不把这个效应利用起来呢?
经过整整一年的探索,2012年初,王中林团队终于构建了一个全新的纳米器件:摩擦纳米发电机。这个装置可以把微小的机械能转换为电能。更重要的是,摩擦发电具有极强的输出性能,可以实现高达数千伏的电压输出。通过小巧的摩擦纳米发电机,可以把走路、呼吸、心跳等日常中的零碎能量收集起来,转换成电能。这一颠覆性的技术与传统电磁感应发电机相比,无需磁铁的累赘,轻便简捷,输出性能很好,为有效收集机械能提供了可能。
今年,王中林团队研制出了真正意义上的自驱动心脏起搏器——共生型心脏起搏器(SPM)。试验显示,共生型心脏起搏器在每次心动周期所收集的能量已超过起搏人类心脏所需要的能量。目前,SPM已在实验动物体内实现了“全植入”的自驱动运行,并成功开展大动物模型心律不齐的治疗。
世界科学奖评选委员会评价王中林在纳米发电机和自供能系统研究方面做出了影响深远的开创性贡献,并认为这一技术“有潜力彻底改变我们生活的每一个角落”。
■ 收集“蓝色能源”
“蓝色能源”与传统“绿色能源”相比,拥有地理分布上的优势。美国、日本、英国等相继在海上建立了波浪发电装置,然而普遍存在发电功率小、发电不稳定、转换效率不高等缺陷。同时,海洋能发电设备庞大而沉重,制造成本高昂,使海洋能成为地球上最昂贵的一种能源形式。
王中林利用摩擦纳米发电机的原理,为收集利用海洋能源提供了新的解决方案。摩擦纳米发电机的输出效率远高于电磁发电机,非常适用于收集“蓝色能源”,在缓慢流动和随机方向的波流条件下能够稳定输出功率。他介绍,团队将摩擦发电机做成了球形,通过球中套球,外层的球在水中随波浪晃来晃去,里边的球也随波动晃来晃去,产生发电所需的能量。这种发电网可以分布在远离海岸和航道的深水区,不会影响近海的人类活动。
这一备受瞩目的海洋蓝色能源技术,被评选委员会称为“有可能从海浪中获取大量能源以解决世界未来的能源需求”。