納米傳感器具有敏銳的靈敏度，體積也極其微小。它們的用處多多，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，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)電機給納米世界帶來了全新的動力。如果他能獲得成功，生物和化學(xué)納米傳感器今后將能自己給自己供電。
早在一個世紀(jì)前，人們就已經(jīng)知道了壓電效應(yīng)的存在，即晶體材料在機械壓力下可產(chǎn)生電勢。但2005年，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的氧化鋅納米線，當(dāng)納米線彎曲并回復(fù)到原有形狀時，由鋅和氧離子產(chǎn)生的電勢就能驅(qū)動電流。在最初的試驗中，王教授誘導(dǎo)出的微小電勢僅幾個毫伏。但他確信，只要經(jīng)過足夠多的實驗，他一定可以設(shè)計出實用的納米電源，這樣的電源甚至可以利用我們身邊的微小振動，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，王教授在一層聚合物中嵌入了氧化鋅納米線，結(jié)果產(chǎn)生了50毫伏的電勢，這是在微型傳感器供電技術(shù)的開發(fā)上向前邁出的重要一步。
王中林希望，這些發(fā)電機最終能被織入纖維中，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，目前納米發(fā)電機的輸出功率太低，還做不到這一點。王教授說，這需要200毫伏甚至更多的電勢，他計劃通過層疊納米線的方法來實現(xiàn)，不過這還需要經(jīng)過5年到10年的精心設(shè)計。
與此同時，王中林已展示了新型納米傳感器的首個元件。他所稱的納米壓電技術(shù)利用了這樣的事實，即氧化鋅納米線既能展現(xiàn)出壓電效應(yīng)，同時又是半導(dǎo)體。第一個特性使得氧化鋅納米線扮演機械傳感器的角色，因為它們會對機械應(yīng)力作出反應(yīng)產(chǎn)生電力；第二個特性則意味著，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部電源，它們暴露在給納米發(fā)電機供電的同樣的機械應(yīng)力下時，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際應(yīng)用。集成有納米發(fā)電機的一個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發(fā)動機中的機械應(yīng)力，只需幾個納米線元件就能監(jiān)測壓力、處理信息并給機上電腦通報相關(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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