納米和能源有什么關(guān)聯(lián)？納米技術(shù)可能帶動(dòng)能源新的革命？十一屆埃尼“前沿能源獎(jiǎng)”對(duì)納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用于新時(shí)代能源的前景給予充分肯定，并將該獎(jiǎng)授予中國科學(xué)院外籍院士、歐洲科學(xué)院院士、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長王中林，這也是對(duì)其“納米發(fā)電機(jī)之父”地位的認(rèn)可。

埃尼獎(jiǎng)（Eni Award）被譽(yù)為世界能源領(lǐng)域的“諾貝爾獎(jiǎng)”， 與計(jì)算機(jī)界圖靈獎(jiǎng)、數(shù)學(xué)界的菲爾茲獎(jiǎng)及沃爾夫獎(jiǎng)等并稱為各自領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。王中林院士的獲獎(jiǎng)成果將會(huì)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(bào)》記者專訪了這位“納米帝國”的領(lǐng)軍型科學(xué)家。

納米發(fā)電機(jī)，

將周圍低頻能量轉(zhuǎn)化為電能

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

王中林：這次埃尼獎(jiǎng)主要表彰我基于納米發(fā)電機(jī)的理論和技術(shù)的一些前沿科研成果，是對(duì)我發(fā)明納米發(fā)電機(jī)和開創(chuàng)自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與藍(lán)色能源兩個(gè)原創(chuàng)領(lǐng)域的肯定，以及對(duì)納米發(fā)電機(jī)應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境保護(hù)、人工智能等能源和傳感領(lǐng)域的肯定。

中國能源報(bào)：什么是納米發(fā)電機(jī)？您帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的納米發(fā)電機(jī)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(jī)，是基于規(guī)則的氧化鋅納米線的納米發(fā)電機(jī)，可在納米范圍內(nèi)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，是世界上最小的發(fā)電機(jī)。我們的納米發(fā)電機(jī)成果是原創(chuàng)。首先，納米發(fā)電機(jī)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(dǎo)電流，納米發(fā)電機(jī)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(yīng)用于分布式能源，它是繼法拉第電磁感應(yīng)定律后180年來第二個(gè)把機(jī)械功轉(zhuǎn)為電工的有效方法。此外，我們還有原創(chuàng)的學(xué)科——壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)；原創(chuàng)的技術(shù)——摩擦納米發(fā)電機(jī)和自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；原創(chuàng)的概念——我們將納米發(fā)電機(jī)統(tǒng)稱為“新時(shí)代能源”，即應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的分布式、移動(dòng)式、功率小但數(shù)量多的小電源網(wǎng)。這些理論、學(xué)科、技術(shù)和概念，都是我們首次提出，在這個(gè)領(lǐng)域我們引領(lǐng)世界。

這些理論和技術(shù)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(zhuǎn)化為電能，提供了新的途徑。傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機(jī)需要很高的頻率才能發(fā)電，將低頻能量轉(zhuǎn)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(shí)，我們可以利用周圍環(huán)境中的一動(dòng)一靜發(fā)電。納米發(fā)電機(jī)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(shù)應(yīng)用的角度來看，我們的理論解決了系統(tǒng)器件嚴(yán)重依賴外接電源或者電池的難題，可以實(shí)現(xiàn)自我攝取周圍能量并轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)自供電、自驅(qū)動(dòng)，這個(gè)應(yīng)用就非常廣泛了，可以為物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)時(shí)代工業(yè)器件提供分布式移動(dòng)式電源，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來提供全新的、可能的能源供給方案。

藍(lán)色能源，

從“小能源”到“大能源”的“殺手性”應(yīng)用

中國能源報(bào)：您提出的“藍(lán)色能源”構(gòu)想是基于怎樣的考慮？

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

基于此，我在2014年提出了“藍(lán)色能源”的概念?？梢哉f，這個(gè)概念的提出是我對(duì)納米發(fā)電機(jī)理論在技術(shù)層面不斷思考和研究的結(jié)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(jī)從“小能源”邁向“大能源”的“殺手性”應(yīng)用。

中國能源報(bào)：何謂“殺手性”應(yīng)用？

王中林：簡單來說，“藍(lán)色能源”技術(shù)的基本原理就是制作一種由眾多摩擦發(fā)電球構(gòu)成的大型網(wǎng)格納米發(fā)電機(jī)，分層放置在遠(yuǎn)離海岸和航道的深水區(qū)，不會(huì)影響近海的人類活動(dòng)。理論測算，對(duì)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(wǎng)格，其發(fā)電量可滿足全世界的能源需求。

現(xiàn)在我們團(tuán)隊(duì)在前期研究的基礎(chǔ)上，技術(shù)研發(fā)取得了更好進(jìn)展，而且利用的材料價(jià)格低廉，適用于大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化。對(duì)此，我們充滿信心。

中國能源報(bào)：在納米發(fā)電機(jī)研發(fā)過程中，您最大的觸動(dòng)是什么？

王中林：納米發(fā)電機(jī)從2006年開始研發(fā)，到現(xiàn)在差不多已經(jīng)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(zhì)疑。但我們堅(jiān)定信念，每一步都留下了堅(jiān)實(shí)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(duì)原創(chuàng)的深刻理解和感悟。我們總是關(guān)注和強(qiáng)調(diào)原創(chuàng)，那么什么是原創(chuàng)？我想，不一定每個(gè)學(xué)者都能有這么深刻的領(lǐng)會(huì)。我認(rèn)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(rèn)為不對(duì)、不正確，你卻堅(jiān)持做下去了；別人說你做的沒意義，你還是堅(jiān)持了；你堅(jiān)持過程中遇到失敗，面對(duì)嘲笑和諷刺，還在堅(jiān)持，并最終取得成功。這個(gè)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(zhì)疑甚至抨擊中做出來的，一開始就被看好的基本上不會(huì)出現(xiàn)重大原創(chuàng)。這是我在研發(fā)納米發(fā)電機(jī)技術(shù)的過程中印象最深刻的感受，真是“千里走單騎”?，F(xiàn)在，全世界有40多個(gè)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(jī)的研究和應(yīng)用，走在最前面的是我和我的團(tuán)隊(duì)。

前景可期，

有望成就自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

中國能源報(bào)：您的研究成果要實(shí)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(jī)對(duì)材料要求不高，成本低廉，而且理論和技術(shù)日益成熟，因此產(chǎn)業(yè)化前景會(huì)非常好。我們的科研成果基本都是面向社會(huì)應(yīng)用的，很接地氣，已經(jīng)獲得了150余項(xiàng)專利，這些專利基本上都可以很快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。但我們是科學(xué)家，科研是我們的專長，搞產(chǎn)品和做市場是我們的短板。即便如此，我們的產(chǎn)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(shù)入股成立的中科納清科技股份有限公司，生產(chǎn)的全新技術(shù)模式的摩擦電口罩和新風(fēng)系統(tǒng)等，都初步被市場認(rèn)可。

從產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐來看，我們認(rèn)為科研成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)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(quán)，激發(fā)大家的積極性。

中國能源報(bào)：團(tuán)隊(duì)今后的研發(fā)重點(diǎn)有哪些？

王中林：下一步，我們將重點(diǎn)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(yīng)用，重點(diǎn)推進(jìn)藍(lán)色能源技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。還將進(jìn)一步研發(fā)大規(guī)模傳感陣列、自驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)醫(yī)療器件及柔性電子皮膚等方面的應(yīng)用。

中國能源報(bào)：您的研究成果將為能源領(lǐng)域帶來哪些變革？

王中林：我對(duì)我們的科研成果在能源方面的應(yīng)用前景充滿自信。

首先，隨著人類社會(huì)向物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)時(shí)代的邁進(jìn)，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(jī)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(huì)帶來更全面、更可靠的能源供給途徑和方式。

其次，我們的藍(lán)色能源也會(huì)為“大能源”開辟新的領(lǐng)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(jīng)不是遙不可及的夢想了。

最后，隨著納米發(fā)電機(jī)技術(shù)的成熟和推廣，我相信未來的電子器件將會(huì)越來越多地?cái)[脫對(duì)外接電源的依賴，自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將為人類電子器件走向分布式、獨(dú)立式、微小化、多樣化開辟廣闊的前景。